真空室内表面镀TiZrV抽气层的性能研究

2010-01-09 蒙峻 中国科学院近代物理研究所

  采用直流磁控反溅射法在不锈钢真空管道内表面均匀镀上一层TiZrV 薄膜。该薄膜经过激活后具有抽气效应,能够使真空管道由原来的系统气载转变成为管道泵。该薄膜激活温度很低,最低激活温度为180 ℃。在经过激活后,实验装置远端的真空度与泵口真空度相同,因此压力分布呈直线型。

  在储存类加速器真空系统中,真空室的结构多为细长管道。由于真空室放置在多个磁元件的间隙中,常规的配泵方法多采用集中式 ,即根据系统气载的大小,每间隔一段距离配置一台真空泵。但是由于真空泵抽速受到真空管道流导的限制,距离真空泵的位置越远,该处的抽速损失越大,真空度也就相对越低。集中式配泵系统的压力分布呈抛物线型,而压力分布梯度的存在,将对束流的寿命及品质产生较大影响。

  在增大压差布置梯度方向方向的探索管理方面,世界上开始做出一大批的运作,假如蒸空室里放置布置式溅射阴化合物泵、布置式非汽化吸气带等,但此类方法步骤安全的进行片面性性大,蒸空室设备构造是非常多样化,预算成本很高。近几以来美国核子中间(CERN) 创建性地指出了能在较超多温下提高的管网泵技巧,经由整流磁控溅射反映法将最初是系統的的气载的蒸空管网 镀抽气层工艺设备加工改变是蒸空泵,使管网内时刻兼具更加均匀抽速,故而使细长管网类蒸空系統的的的压差布置克服害怕了集中点式配泵压差布置梯度方向方向大的不佳。管网泵技巧最高的关键问题而言传统性的抽气层建筑相关建材提高必须要较高的温,其实提高只是经由烘烤使吸气剂建筑相关建材对有机废气气物团伙兼具抽速。如ZrAl 吸气剂泵 ,成为非汽化型吸气剂泵(NEG ) 具代表性的某种蒸空泵种,在超多蒸空系統的的中经常性安全的进行。它安全的进行的吸气剂建筑相关建材为ZrAl 各种锰钢钢,在提高后对吸附性有机废气气物尤为是对氢兼具很高的抽气效率,但不许抽除惰性有机废气气物,因为与要能抽除惰性有机废气气物的溅射阴化合物泵综合安全的进行就还可以使系統的的达到了超多蒸空。但ZrAl 吸气剂建筑相关建材的提高温基本在400 ℃上面的,而1器蒸空管网收到机械装备还工具规定要求的的限制,烘烤温不许过高,因为ZrAl 各种锰钢钢不适反应合成为1器蒸空管网的吸气剂建筑相关建材。CERN 的探索相关人员 余年实验英文,进行TiZrV 各种锰钢钢建筑相关建材成为非汽化吸气剂 ,该各种锰钢钢建筑相关建材吸气剂最高的优势之处而言提高温仅在200 ℃下列,因为就还可以诸多的软件应用于1器蒸空系統的的中。

1、实验装置

1.1、镀膜装置

  三根<80mm ×1800mm 的抽真空管被选为实验性镀一层薄薄的膜管。交流电磁控溅射镀一层薄薄的膜模式的举手图右图1如下图所示。

  系统右侧为被镀管道,管道中心为阴极靶材,由3 根<2mm 的Ti丝、Zr丝、V丝均匀拧在一起。工作时对阴极靶材加负偏压以提供镀膜用电场。管道外是同轴的<500mm ×2000mm 空心Al 筒,Al 筒外部均匀缠绕(5.2mm ×1.7mm 的铜线圈,Al 筒和线圈之间用Kapton 材料绝缘。工作时对线圈加直流电来给镀膜区域提供正交于电场的磁场,设计最高磁场强度为2.6 ×10 -2 T。图1 左侧部分为放电气体压力维持部分,由送气系统、排气系统、真空测量系统组成。维持镀膜时的气体流量用金属针阀控制。放电气体可以用Ar 也可以用Kr 。但由于碰撞阴极的放电气体从阴极弹回时可能保存大量的动能碎片,并可能进入正在生成的薄膜中,使惰性气体含量增加而影响系统极限真空的获得。实验和测试表明,用较重的气体进行放电可以大大减小进入膜中的惰性气体含量。如用Ar 在Ti-Zr-V 膜中的含量可达3500ppm ,用Kr 可以降低2 个数量级,因此我们镀膜时采用Kr作为放电气体 。排气系统选用德国Leybold 公司的600L·s - 1涡轮分子泵机组,压力测量则选用PT90全量程复合规管(测量范围:1 ×10 - 7 Pa~105Pa) 。

镀膜系统示意图压力分布测试系统

图1  玻璃镀膜平台提示图 图2  气压分布不均考试平台

1.2、压力分布梯度测试装置

  心理压力分布范围梯度方向检测保护装置由res排气模式和表层的镀膜水管两个分组进行成,空间结构如图所示2 如图所示。

  排气系统主泵选用400L ·s - 1 溅射离子泵和2000L·s - 1钛升华泵。P1 和P2 分别代表泵口和最远端的真空度,均选用测量下限为2 ×10 - 10 Pa 的IE514 分离规测量。

2、实验方法

2.1、镀膜方法

  开启分子泵机组,检漏。检漏完成后将装置烘烤至180 ℃,温升为30 ℃·h - 1 ,目的是将被镀管道表面的H2O 排走 ,这样可以增大管道内表面的镀膜附着系数。180 ℃烘烤24h 后将温度降至镀膜时的
工作温度120 ℃,向系统内送入纯度为99.999 %Kr气,压力保持在5 ×10 - 1 Pa ;对阴极加- 500V 的直流电压,真空管道接地;螺线管电流加至140A ,相对应的磁场强度为1.5 ×10 - 2 T ,此时通过观察窗可看到辉光放电(图3) 。

放电状况

图3  发出电壮况   利用调节器磁感线、电场线及Kr 大气压力强应该更改辉光自释放电能瞬时瞬时电流,即更改镀晶传输率。在所诉技术指标配置下,相关的的自释放电能瞬时瞬时电流为0.5A ,镀晶过渡期为10h。

2.2、压力分布梯度测试方法

  最先测评装置的本底阻力遍布等度,即管网未镀吸气剂用料前的阻力遍布等度;最后在电镀来完成后从新实施阻力遍布等度测评,两回测评的经济条件须得完全性不符以降低调查数据统计信息误差。此次调查的烘烤温湿度列入180 ℃,烘烤时间是为24h ,这些能够 使吸气剂用料更加充分启用。立即停止烘烤后48h ,登记P1 和P2 数据统计信息,便用计算出阻力遍布等度的图片软件VAKTRAK 拟和斜率,对电镀左右侧的数据统计信息实施很。