[发明专利]用于超导稳频振荡器的超导谐振腔的内表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面处理方法技术领域，特别涉及一种用于超导稳频振荡器的超导谐振腔的内表面处理方法。

背景技术

超导稳频振荡器（SCSO）涉及无线电物理学、超导物理学、电子学、控制理论及精密机械加工等学科和技术。SCSO的频率稳定度可以达到10^-15-10^-16量级，远远超过了氢原子钟、铷原子钟和铯原子钟。因此，SCSO被广泛应用于空间航行、全球定位导航、重力及相对论物理学等领域。

SCSO主要由超导谐振腔、高增益低噪声锁频环路、压控振荡源和低温装置构成。超导谐振腔是SCSO的一个最重要的部分，其优劣直接影响SCSO的频率稳定度。超导谐振腔由超导材料铌制成。影响超导谐振腔品质因数即Q值的主要因素包括热不稳定性、氢中毒和磁场集中。

在加工过程中，超导谐振腔的内表面尤其是电子束焊接缝处通常会产生一些缺陷，该缺陷的几何尺寸一般为毫米量级。热不稳定现象通常发生在超导谐振腔内表面的缺陷处。当有射频电流流过超导谐振腔内表面的缺陷时，射频电流将在缺陷处产生焦耳热，导致缺陷处及其周围的温度升高。当超导谐振腔内表面的局部温度达到或高于超导材料铌的临界温度时，超导谐振腔内表面的缺陷处及其周围将失去超导特性，即由超导材料转变为普通导体材料。如果超导谐振腔内表面的缺陷较多时，热不稳定现象容易导致整个超导谐振腔失去超导特性。

氢中毒是指在超导谐振腔的加工和表面处理过程中，超导谐振腔内表面的超导材料铌会吸附一定量的氢气。如果超导谐振腔内表面吸附氢气的量很高，将导致超导谐振腔内表面的剩余电阻增大，使超导谐振腔的Q值快速下降。

如果超导谐振腔的内表面存在尖锐的凸起，凸起的边缘处将造成磁场的集中，导致超导谐振腔的Q值下降。

现有技术中，用于超导稳频振荡器谐振腔的表面处理方法主要是化学抛光加高压水冲洗法。上述方法主要用于低频超导谐振腔，并存在如下不足：

1、无法消除因电子束焊接导致的超导谐振腔内表面的凸起；

2、无法彻底消除除超导材料铌之外的杂质的影响，例如超导谐振腔内表面吸附的氢气和电子束焊接引入的其他金属元素的影响，导致超导谐振腔的Q值无法提高。

非常需要一种用于超导稳频振荡器的超导谐振腔的内表面处理方法，以消除因电子束焊接引起的超导谐振腔内表面的凸起，从而增大超导谐振腔的Q值。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超导稳频振荡器的超导谐振腔的内表面处理方法。

本发明提供的用于超导稳频振荡器的超导谐振腔的内表面处理方法包括如下步骤：

离心式滚磨抛光，向超导谐振腔内添加磨料，超导谐振腔绕设于其外部的转轴转动的同时绕自身的中心线转动，离心式滚磨抛光的时间为10-15天；

低温退火，低温退火的温度为750℃，低温退火的时间为2-5小时，低温退火时的真空度为10^-8-10^-10torr，低温退火后随炉冷却至室温；

高温退火，高温退火的温度为1400-1500℃，高温退火的时间为24-32小时，高温退火时的真空度为10^-8-10^-10torr，高温退火后随炉冷却至室温；

化学抛光，化学抛光的抛光剂使用体积比氢氟酸：硝酸：磷酸为1：1：1的第一混合酸溶液，将所述第一混合酸溶液添加到超导谐振腔中，化学抛光的时间为20-40分钟，化学抛光的深度为100-200μm；

电抛光，电抛光的抛光剂使用体积比氢氟酸：硫酸为1：9的第二混合酸溶液，将所述第二混合酸溶液添加到超导谐振腔中，然后在所述第二混合酸溶液与超导谐振腔的内表面之间施加220V的交流电压，且施加该交流电压的时间为20-40分钟，使得所述第二混合酸溶液与超导谐振腔的内表面之间产生电化学反应；

高压水冲洗，高压水冲洗时使用国家一级电子水，其水压为80kgf/cm²,高压水冲洗的时间为40-120分钟；

低温烘烤，低温烘烤的温度为70-80℃，低温烘烤的时间为3-7天，低温烘烤时的真空度为3*10^-8-3.8*10^-9torr。

优选地，低温退火之后，高温退火开始之前，超导谐振腔一直处于真空度为10^-8-10^-10torr的真空环境中。

优选地，进行化学抛光前，用超声波对超导谐振腔进行清洗。