[发明专利]一种铜基厚壁Nb3

说明书

本发明公开了一种铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔及其制备方法，属于超导技术领域。本发明的铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔的制备方法，包括如下步骤：(1)采用锡蒸汽扩散法由纯铌超导腔制备铌基Nb₃Sn薄膜超导腔；(2)在所述铌基Nb₃Sn薄膜超导腔外表面沉积铜层；(3)在沉积了铜层的铌基Nb₃Sn薄膜超导腔外表面电镀无氧铜，即得到所述铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔。该方法通过在铌基Nb₃Sn薄膜超导腔外表面以电镀无氧铜的方式制备得到铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔，成功避免了铜熔点低无法生成高质量Nb₃Sn薄膜的缺点；且电镀的无氧铜致密度高、孔隙率低、热反应小。

技术领域

本发明涉及超导技术领域，具体涉及的是一种铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔及其制备方法。

背景技术

降低制造成本与运行成本是基于射频超导加速器的大科学装置的亟需发展需求；稳定运行则是当前和未来高能量、高流强射频超导加速器应用共同面对的关键物理问题与重要限制因素。射频超导加速器的核心部件是射频超导加速谐振腔(以下简称为超导腔)，当前的超导腔主要采用RRR(剩余电阻率比值，表征材料的纯度)300的高纯铌材制造(称为：纯铌超导腔)，且受限于铌材较低的导热能力，纯铌超导腔的壁厚一般不超过3mm。与纯铌超导腔相比，Nb₃Sn薄膜超导腔不但可以工作于更高的温度4.2K，还具有运行于两倍纯铌腔加速梯度的潜力，大幅度降低射频超导加速器的运行成本与建造成本。

受益于铜的良好导热能力，铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔则可提供更好的机械稳定性和热稳定性，非常有利于射频超导加速器的长期稳定运行，是当前最符合射频超导大科学装置迫切需求的射频超导新技术。但是，高质量Nb₃Sn的生成需要高于930℃的高温环境。因此，受限于无氧铜较低的熔点，国际上通过直接在无氧铜衬底腔内表面生长高质量的Nb₃Sn薄膜的尝试全部失败。因此，同时兼顾高机械稳定性、高热稳定性、高射频性能的铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔的研制亟待取得突破。

发明内容

本发明提供了一种铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔及其制备方法，本发明的方法通过在铌基Nb₃Sn薄膜超导腔外表面以电镀无氧铜的方式制备得到铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔，成功避免了铜熔点低无法生成高质量Nb₃Sn薄膜的缺点；且电镀的无氧铜致密度高、孔隙率低、热反应小。

本发明首先提供了一种铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用锡蒸汽扩散法由纯铌超导腔制备铌基Nb₃Sn薄膜超导腔；

(2)在所述铌基Nb₃Sn薄膜超导腔外表面沉积铜层；

(3)在沉积了铜层的铌基Nb₃Sn薄膜超导腔外表面电镀无氧铜，即得到所述铜基厚壁Nb₃Sn薄膜超导腔。

上述的制备方法，所述锡蒸汽扩散法为本领域已知的方法，如按照下述文献中的方法进行：Sam Posen,Understanding and overcoming limitation mechanisms inNb₃Sn superconducting RF cavities，美国Cornell大学博士论文，2015年。

上述的制备方法，步骤(2)中，所述沉积铜层的方法为电火花沉积方法；

所述铜层的厚度为20μm～1mm；具体可为20μm。