TWI630624B - 高熱負載真空裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種高熱負載真空裝置及其製造方法。該高熱負載真空裝置包含一高熱負載組件以及連接至該高熱負載組件的一真空組件。該真空組件的一材料與該高熱負載組件的一材料包括CuCrZr合金。

Description

高熱負載真空裝置及其製造方法

本揭露係關於一種高熱負載真空裝置及其製造方法，特別關於由銅鉻鋯(copper chromium zirconium，CuCrZr)合金所形成的高熱負載真空裝置及其製造方法。

超高真空(ultrahigh-vacuum，UHV)系統例如同步輻射設施的儲存環包含不同組件，例如經配置以承受熱負載的光子吸收器以及經配置用於真空密封的真空法蘭(vacuum flange)。具有光子吸收器於其內的吸收腔室配備真空法蘭，以使得電子束於真空環境中運行。在先前技術中，光子吸收器與真空法蘭係由不同材料形成並且藉由真空硬銲(vacuum brazing)而銲接在一起，真空硬銲係在真空爐(vacuum furnace)中於高溫與高真空環境中進行。因此，週期時間長且製造成本高。 上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。

本揭露的實施例提供一種由銅鉻鋯(CuCrZr)合金形成的高熱負載真空裝置及其製造方法。 在本揭露的一些實施例中，該高熱負載真空裝置包含一高熱負載組件，以及連接至該高熱負載組件的一真空組件。該真空組件的一材料與該高熱負載組件的一材料包括CuCrZr合金。 在本揭露的一些實施例中，該CuCrZr合金包括範圍自實質0.50%至實質1.50%的鉻、範圍自實質0.05%至實質0.25%的鋯、以及餘量實質上皆為銅。 在本揭露的一些實施例中，該真空組件與該高熱負載組件形成為一體成型結構(monolithic structure)。 在本揭露的一些實施例中，該真空組件與該高熱負載組件藉由一非真空銲接而連接。 在本揭露的一些實施例中，該真空組件與該高熱負載組件藉由弧銲而銲接。 在本揭露的一些實施例中，該真空組件與該高熱負載組件藉由氣體鎢極弧銲(gas tungsten arc welding，GTAW)而銲接。 在本揭露的一些實施例中，該真空組件包括至少一真空法蘭，以及該高熱負載組件包括一高熱負載吸收器。 在本揭露的一些實施例中，該高熱負載真空裝置另包含一真空通道穿過該真空組件與該高熱負載組件，其中該真空通道經配置以使得電子束於一真空環境中運行；以及一冷卻通路穿過該真空組件與該高熱負載組件，其中該冷卻通路經配置以使得冷卻液體通過以承受一熱負載，並且該冷卻通路與該真空通道彼此隔離。 在本揭露的一些實施例中，一種高熱負載真空裝置的製造方法包含以下步驟。提供一高熱負載組件與一真空組件，其中該真空組件的一材料與該高熱負載組件的一材料包括銅鉻鋯(CuCrZr)合金。該高熱負載組件與該真空組件藉由一非真空銲接製程而連接。 在本揭露的一些實施例中，該非真空銲接製程包含一弧銲製程。 在本揭露的一些實施例中，該非真空銲接包含一氣體鎢極弧銲(gas tungsten arc welding，GTAW)製程。 在本揭露的一些實施例中，該真空組件包括至少一真空法蘭，以及該高熱負載組件包括一高熱負載吸收器。 在本揭露的一些實施例中，該高熱負載真空裝置另包含一真空通道穿過該真空組件與該高熱負載組件，其中該真空通道經配置可使得電子束於一真空環境中運行；以及一冷卻通路穿過該真空組件與該高熱負載組件，其中該冷卻通路經配置可使得冷卻液體通過以承受一熱負載，並且該冷卻通路與該真空通道彼此隔離。 本揭露的高熱負載真空裝置係由CuCrZr合金形成其材料特性具有的優點為高降伏強度(yield strength)與張力強度(tensile strength)、低成本、材料市場上容易取得(accessibility)、可與不鏽鋼銲接、加工性(machinability)、高熱負載持續性、以及可以在UHV環境中使用。 上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。

在超高真空(UHV)系統例如同步輻射設施的儲存環中，安裝不同形式高熱負載(HHL)組件以符合光束線使用者之各種功率負載與密度通量需求，並且說明材料的熱機械限制。光吸收器係一種HHL組件形式，經設計以安裝於真空腔體內部以保護下游無冷卻設計之真空腔免於受到同步輻射光的造射因而避免造成損壞。此外，真空腔室內壁的釋氣來源(outgas)及真空系統中內幫浦的抽氣速度(pumping speed)，決定真空系統的最終壓力。因此，良好的熱傳導性與低熱釋氣率為HHL組件之最重要特性。雖然銅與鈹-銅合金已被廣泛研究作為UHV系統的材料，然而在CuCrZr在烘烤過程中的氣體解析以及CuCrZr法蘭在烘烤之後作為真空密封的可靠性尚未被完全研究。另一困難在於無氧銅(oxygen-free high-conductivity，OFHC)與GlidCop®通常作為HHL組件；然而，由於一些HHL組件(例如岔口光吸收器(crotch absorber))與水冷卻通道的結構複雜，因而不鏽鋼法蘭難以與OFHC HHL本體(或GlidCop®)真空硬銲(vacuum braze)。 為了克服此問題，本揭露專注致力於整合HHL組件，例如配備CuCrZr法蘭的光子吸收器。因此，在一些實施例中，具有良好導熱性、高軟化溫度、良好可銲性與高機械強度的CuCrZr被提出作為吸收器與真空法蘭的材料。在一些實施例中，提供熱釋氣(thermal outgassing)與真空密封的測試。關於熱釋氣，量測烘烤過程中材料排出的解析氣體之釋氣率與種類(species)。為了確認CuCrZr合金與不鏽鋼法蘭之間的真空密封，在一些實施例中，使用阿爾卡特氦氣測漏儀(Alcatel helium leak detector)。 本揭露之以下說明伴隨併入且組成說明書之高熱負載真空裝置組件的圖式，說明本揭露之實施例，然而本揭露並不受限於該實施例。此外，以下的實施例可適當整合以下實施例以完成另一實施例。 「一實施例」、「實施例」、「例示實施例」、「其他實施例」、「另一實施例」等係指本揭露所描述之實施例可包含特定特徵、結構或是特性，然而並非每一實施例必須包含該特定特徵、結構或是特性。再者，重複使用「在實施例中」一語並非必須指相同實施例，然而可為相同實施例。 本揭露係關於一種高熱負載真空裝置，包含高熱負載組件以及由銅鉻鋯(CuCrZr)合金形成的真空組件。CuCrZr合金具有良好傳熱性、高軟化溫度、良好可銲性、高機械強度與低釋氣率之特性，因而可符合高熱負載組件與真空組件的不同需求。以下說明亦關於一種高熱負載真空裝置的製造方法，如下所述。 為了使得本揭露可被完全理解，以下說明提供詳細的步驟與結構。顯然，本揭露的實施不會限制該技藝中的技術人士已知的特定細節。此外，已知的結構與步驟不再詳述，以免不必要地限制本揭露。本揭露的較佳實施例詳述如下。然而，除了詳細說明之外，本揭露亦可廣泛實施於其他實施例中。本揭露的範圍不限於詳細說明的內容，而是由申請專利範圍定義。 圖1A為示意圖，例示本揭露實施例的高熱負載真空裝置。圖1B為剖面示意圖，例示本揭露實施例的高熱負載真空裝置。參閱圖1A與1B，高熱負載真空裝置1包含高熱負載組件10與真空組件20。在一些實施例中，高熱負載真空裝置1為設置在超高真空(UHV)系統中，例如同步輻射加速器系統。例如，高熱負載組件10包含但不限於高熱負載吸收器，以及真空組件20包含但不限於真空法蘭。真空組件20連接至高熱負載組件10，例如，連接於高熱負載組件10的一端。在一些實施例中，真空組件20包含兩個真空法蘭連接於高熱負載吸收器的兩端。在一些實施例中，真空組件20的材料與高熱負載組件的材料皆包含銅鉻鋯(CuCrZr)合金。在一些實施例中，高熱負載吸收器設置在二或多個串列插件磁鐵(tandem undulator)的中間區段以遮蔽來自上游橢圓偏振插件磁鐵(elliptical polarization undulator，EPU)之同步輻射光。 在一些實施例中，高熱負載真空裝置1包含一或多個真空通道22以及一或多個冷卻通路2。在一些實施例中，真空通道22穿過真空組件20與高熱負載組件10。真空通道22經配置以使得電子束運行於真空環境中。在一些實施例中，真空通道22耦合至真空泵(未繪示)，該泵經配置以抽離氣體離開真空通道22，因而在真空通道22中提供真空。在一些實施例中，冷卻通路12穿過真空組件20與高熱負載組件10。冷卻通路22經配置使得冷卻液體通過，以承受熱負載。在一些實施例中，冷卻通路與真空通道22彼此分離。 在一些實施例中，用於作為高熱負載組件10與真空組件20之材料的CuCrZr合金包括範圍自實質0.50%至實質1.50%的鉻、範圍自實質0.05%至實質0.25%的鋯、以及餘量實質上皆為銅。高熱負載組件10與真空組件20之材料的範例為ASTM標準C18150合金。CuCrZr合金的組成不受限至，並且可經修飾以符合熱導性、軟化溫度、可銲性、機械強度等之需求。 表1列示OFHC、GlidCop®與CuCrZr之材料性質。如表1所示，相較於GlidCop®的機械性質，CuCrZr合金的機械性質具有較低的熱導性(比OFHC低16%)，但具有較高的降伏強度(yield strength)與張力強度(tensile strength)；因此，CuCrZr合金為高熱負載與真空組件的合適材料。 表 1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 性質 </td><td> OFHC </td><td> GlidCop® </td><td> CuCrZr </td></tr><tr><td> 熱導性 (W/cm°K) </td><td> 3.83 </td><td> 3.65 </td><td> 3.23 </td></tr><tr><td> 熱膨脹係數 (m/ °K*10^-6) </td><td> 16.6 </td><td> 17 </td><td> 18.6 </td></tr><tr><td> 柏松比(Poisson ratio) </td><td> 0.31 </td><td> 0.35 </td><td> 0.18 </td></tr><tr><td> 降伏強度(Yield strength) (Gpa) </td><td> 0.049-0.078 </td><td> 0.33 </td><td> 0.27-0.44 </td></tr><tr><td> 張力強度(Tensile strength) (Gpa) </td><td> 0.215-0.254 </td><td> 0.42 </td><td> 0.37-0.47 </td></tr></TBODY></TABLE>在一些實施例中，高熱負載組件10與真空組件20形成為一體成型結構(monolithic structure)。例如，CuCrZr合金製成的高熱負載組件10與真空組件20以CNC加工，自相同的CuCrZr合金材料加工。在一些其它的實施例中，藉由非真空銲接連接高熱負載組件10與真空組件20，這不需要於真空爐中進行。例如，藉由弧銲(arc welding)，例如氣體鎢極極弧銲(gas tungsten arc welding，GTAW)(亦稱為鎢鈍氣(tungsten inert gas，TIG)銲接))或是電漿弧銲(plasma arc welding，PAW)，連接高熱負載組件10與真空組件20。 在一些實施例中，CuCrZr合金製成的真空組件20係經由不鏽鋼真空法蘭(未繪示)例如用螺絲(bolt)連接至高熱負載真空裝置1的不同部分。在一些實施例中，用墊片(gasket)，連接CuCrZr法蘭與不鏽鋼法蘭，例如在CuCrZr法蘭與不鏽鋼法蘭之間形成無氧銅墊片，以改良真空密封效果。 實施例1 1. 材料 為了增加量測的正確性，藉由電腦數值控制(computer numeric control，CNC)加工，形成22片(每一片為0.85 cm×10.06 cm×7.04 cm)的CuCrZr合金(ASTM C18150)，總表面積為約3927 cm ²。CuCrZr合金的熱導率為324 W m ^-1K、軟化溫度為500°C、以及熱膨脹係數為16.7×10 ^-6K ^-1。CuCrZr合金的硬度HV值約為150至160。 2. 流量法(throughput method) 在量測釋氣率之前，用Citranox清潔各個樣品，包含於60°C的Citranox洗滌劑(2%體積)中超音波震盪10分鐘，之後以 乾燥氮氣(99.9999%)吹乾。圖2為示意圖，說明用於量測釋氣率之量測系統。參閱圖2，排氣系統50包含渦輪分子泵TMP(例如STP-301)、粗抽泵SP、樣品腔室P1、泵腔室P2、兩個熱陰極離子真空計(extractor gauge)EG1與EG2經配置以量測樣品腔室P1與泵腔室P2中的氣壓、殘留氣體分析器RGA經配置以量測殘留氣體的種類、以及TMP與泵腔室P2之間的閥門52。樣品腔室P1與泵腔室P2之間的孔洞54為直徑3 mm，並且在周圍溫度下的孔洞的氣導(orifice conductance)為0.814 L/s。 使用流量法(throughput method)即時量測釋氣率。流量法(throughput method)係基於以下方程式： Q=C(P _P1−P _P2) (1) q=Q/A (2) 其中Q為總釋氣率(Pa m ³/s)，q為每單位面積的釋氣率(Pa m/s)，C為孔洞氣導、P _P1為樣品腔室P1中的氣壓，P _P2為泵腔室P2中的氣壓，以及A為樣品總表面積。 首先，量測空樣品腔室P1的釋氣率Q _SS。接著，將CuCrZr合金置入樣品腔室P1中，並且藉由Q _SS遞減所得到的釋氣率Q _SS+CuCrZr，以獲得CuCrZr合金的釋氣率Q _CuCrZr。在以下的烘烤程序過程中進行釋氣率的所有量測：(i)抽空(pump down)22小時；(ii)以0.6°C/min升溫速率加熱樣品腔室至160°C並且維持此溫度20小時；(iii)以0.25°C/min冷卻速率冷卻至室溫。為了確認真空密封，將CuCrZr法蘭安裝至不鏽鋼法蘭且自不鏽鋼法蘭卸下CuCrZr法蘭，進行10個循環，而後於250°C烘烤，以確認CuCrZr法蘭適合用於UHV系統。 3. 結果與討論 釋氣率 圖3說明CuCrZr合金的X射線繞射(X-ray diffraction，XRD)圖譜。參閱圖3，其說明具有0.36 nm晶格常數之fcc Cu(111)。此外，Cu(111)部分為87%，Cu(200)為7%，以及Cu(220)為6%。由Scherrer方程式得到CuCrZr的平均顆粒尺寸為26 nm。因此，CuCrZr(111)為主要形態。 圖4說明CuCrZr合金於烘烤過程中熱釋氣隨溫度變化之曲線。參閱圖4，10小時與72小時的釋氣率(q ₁₀與q ₇₂)如表2所示並且相較於鋁(Al)與不鏽鋼的釋氣率。釋氣率隨時間降低，而後當烘烤(160°C)開始時則增加。抽氣10小時之後，CuCrZr、Al及不鏽鋼的釋氣率分別為1.2×10 ^-6、3.3×10 ^-7及1.8×10 ^-7Pa m/s。Al與不鏽鋼的釋氣率比CuCrZr約小一個數量級。然而，在抽氣72小時之後，這些材料的釋氣率變得大致相同(10 ^-10Pa m/s)。由於釋氣的主要來至樣品表面，因而CuCrZr的稍高初始釋氣率使其容易藉由烘烤而脫附(desorbed)並且得到大的速度q10。 表2 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 釋氣率(Pa m/s) </td></tr><tr><td> 抽氣時間 </td><td> 10小時 </td><td> 72小時 </td></tr><tr><td> CuCrZr </td><td> 1.2×10^-6</td><td> 5.8×10^-10</td></tr><tr><td> Al </td><td> 3.3×10^-7</td><td> 1.6×10^-10</td></tr><tr><td> 不鏽鋼 </td><td> 1.8×10^-7</td><td> 1.5×10^-10</td></tr></TBODY></TABLE>圖5說明在22小時、42小時與72小時之後的殘留氣體百分比，其分別對應於未烘烤、160°C烘烤、以及烘烤之後。在烘烤之前(RGA22)，H ₂O(m/z=18)為來自CuCrZr合金的主要殘留氣體。在抽氣42小時之後，主要的脫附氣體為H ⁺與H ₂ ⁺(m/z=1,2)；此時，於160°C烘烤過程中，熱能自表面移除吸附的(sorbed)H ₂O。在抽氣72小時之後，偵測到殘留氣體H ⁺、H ₂ ⁺、CH ₄ ⁺、H ₂O ⁺、CO ⁺、O ₂ ⁺與CO ₂ ⁺，m/z分別對應於1、2、16、18、32與44 amu。 圖6說明六種主要殘留氣體的RGA信號作為在烘烤過程中之抽氣時間的函數變化曲線。圖6右上小圖說明O ₂與CO殘留氣體之RGA訊號。考量烘烤期間的RGA訊號(圖6)，以理解160°C烘烤過程中脫附速度為何增加。結果專注於H ₂、CH ₄、H ₂O、CO、O ₂與CO ₂，m/z分別對應於2、16、18、28、32與44 amu。在烘烤開始時，H ₂O呈現強訊號。在第一階段(25.5小時；110至130°C；請見圖6所指階段)中，H ₂、CH ₄、H ₂O、O ₂、CO與CO ₂出現的脫附峰值歸因於CuCrZr表面上殘留的水，該殘留的水係來自於清理所使用的去離子水留在CuCrZr表面上以及來自於周圍環境留在CuCrZr表面上。其它氣體歸因於來自製造過程在表面上殘留的氫氧化銅與碳酸銅。在第二階段(27至32小時；160°C)中，CO ₂、H ₂O與CO的訊號再次增加，其意指主要是來自CuCrZr表面的氣體或來自大量脫附的氣體；然而，H ₂O訊號在30分鐘之後急遽下降。在第三階段(＞32小時)中，CO ₂與CO的訊號同時降低。然而，H ₂ ⁺訊號有寬廣的峰值，其反映出烘烤溫度。CuCrZr材料中氫的主要來源是來自於鑄造(casting)製程；這些結果與Watanabe等人所(F. Watanabe, Mechanism of ultralow outgassing rates in pure copper and chromium–copper alloy vacuum chambers: reexamination by the pressure-rise method, J. Vac. Sci. Technol. A 19 (2) (2001) 640–645)發表的一致，他們發現甚至在250°C烘烤之後，隔離的真空系統中，氫濃度增加。最後，在160°C烘烤的初始10小時期間，出現強的H ₂O與CO ₂訊號，其意指在160°C烘烤10小時之後，產生兩種脫附氣體來源：一種來自於材料塊，一種來自於表面之氫氧化銅與碳酸銅的弱分解[CuCO ₃·CO(OH) ₂→2CuO+CO ₂+H ₂O]，如Watanabe等人所揭露((F. Watanabe, Mechanism of ultralow outgassing rates in pure copper and chromium–copper alloy vacuum chambers: reexamination by the pressure-rise method, J. Vac. Sci. Technol. A 19 (2) (2001) 640–645)以及(F. Watanabe, M. Suemitsu, N. Miyamoto, In situ deoxidization/oxidization of a copper surface: a new concept for attaining ultralow outgassing rates from a vacuum wall, J. Vac. Sci. Technol. A 13 (1) (1995) 147–150)。此外，在第三階段(＜32小時)之前，由RGA訊號得到H ₂O＞H ₂＞O ₂，這與Jiang等人的結果(Z. Jiang, T. Fang, Dissociation mechanism of H ₂O on clean and oxygen-covered Cu (111) surfaces: a theoretical study, Vacuum (2016))一致，他們計算Cu(111)表面上的H ₂O、H與O的吸附能量(adsorption energy)分別為0.28、2.57與4.28 eV。較低的吸附能量係指氣體較容易自表面脫附。這些結果顯示在第三階段(烘烤時間~6.5小時)之前，脫附氣體的主要來源是來自於表面。這些結果顯示可藉由160°C烘烤超過10小時而移除來自CuCrZr合金的殘留氣體。 真空密封測試 圖7說明氦漏氣率(helium leak rate)作為用不鏽鋼M8栓安裝與卸下CuCrZr法蘭連接至不鏽鋼法蘭十次之鎖附扭力(fastening torque)(7、9、11、15與20 N m)的函數。CuCrZr (ASTM C18150)與不鏽鋼法蘭為CNC加工形成的DN 100 ConFlat®形式，其與吸收器法蘭相同尺寸與加工方法。結果顯示需要鎖附扭力≥11 N m以達到良好的真空密封(亦即洩氣率低於9.6×10 ^-11Pa m ³/s並且在CuCrZr與不鏽鋼法蘭之間注入氦之後沒有氦洩漏訊號)。 CuCrZr的熱膨脹係數不同於不鏽鋼的熱膨脹係數，因此，可能因為熱循環(例如當吸收器受到輻射而加熱時)而發生洩漏。為了確認密封可耐受熱循環，於250°C烘烤24小時之間，用11 N m的扭力將CuCrZr與不鏽鋼法蘭安裝與卸下十次(請參閱圖7)。雖然在250°C烘烤之後，空氣側上的CuCrZr法蘭嚴重氧化，然而未偵測到真空洩漏。CuCrZr與不鏽鋼法蘭的漏氣率(leak rate)為2.6×10 ^-11-4.3×10 ^-11Pa m ³/s。 CuCrZr的硬度稍低於不鏽鋼的硬度，這表示較佳係以無氧銅墊片將CuCrZr法蘭的刀邊(knife edge)小心連接至不鏽鋼法蘭。 實施例2 1. 材料 在真空腔室中，CuCrZr合金板的總表面積為4000 cm ²。CuCrZr合金板於Citranox®超音波清理，以去離子水清洗10分鐘，並且以99.9999%氮乾燥。 2. 結果與討論 釋氣率 圖8說明量測的釋氣率作為時間的函數並且以溫度參數化。參閱圖8，10小時與72小時的釋氣率(q10與q72)如表3所示，並且與鋁(Al)及不鏽鋼的釋氣率比較。 表3 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 釋氣率(Pa m/s) </td></tr><tr><td> 抽氣時間 </td><td> 10小時 </td><td> 72小時 </td></tr><tr><td> CuCrZr </td><td> 1.6×10^-6</td><td> 5.8×10^-6</td></tr><tr><td> Al </td><td> 3.3×10^-6</td><td> 1.6×10^-6</td></tr><tr><td> 不鏽鋼 </td><td> 1.8×10^-6</td><td> 1.5×10^-6</td></tr></TBODY></TABLE>真空密封測試 圖9說明多次重複法蘭螺栓(flange bolting)之後的CuCrZr漏氣率(leak rate)。亦進行一系列的烘烤測試。當CuCrZr法蘭栓至不鏽鋼法蘭時，施加11 N m的鎖附扭力。接著，物體受到烘烤、抽氣(pumped down)、設置新的銅墊圈、而後再次鎖附法蘭。相同的CuCrZr法蘭以此程序總共重複循環10次。每一次皆記錄其漏氣率。圖9說明即使在10次烘烤循環之後，CuCrZr法蘭仍具有良好的漏氣率。法蘭刀口未有視覺上可察覺的損壞。 NEG鍍膜(NEG coating) 在一些實施例中，在CuCrZr材料上鍍上一層NEG(非蒸發式結拖材料, non-evaporable getter)。在CuCrZr合金上鍍NEG薄膜，例如鈦鋯釩(TiZrV)結拖材料。在鍍膜之前，以與真空腔室所進行之相同的標準清理程序清理CuCrZr樣品。在一些實施例中，使用直流電濺鍍。濺鍍腔室的真空壓力為1.5×10 ^-4Pa。膜的厚度範圍係約0.5-1 um。在完成非蒸發式結拖材料鍍膜之後，對樣品進行一系列的分析與量測。該膜的表面形態與X射線繞射圖案分別如圖10A與10B所示。NEG膜具有粗糙表面與圓形孔。此外，圖10B的訊號係來自於TiZrV非蒸發式結拖材料與CuCrZr基板。與TiZrV膜相關的峰值出現在約2θ=34°。TiZrV膜的平均顆粒尺寸經計算約為1.5 nm。這表示TiZrV膜具有奈米晶體結構。 本揭露的一些實施例提供一種由CuCrZr合金形成的高熱負載真空裝置。該高熱負載真空裝置的優點為高降伏強度(yield strength)與張力強度(tensile strength)、低成本、材料市場上容易取得(accessibility)、可與不鏽鋼銲接、加工性(machinability)、高熱負載持續性、以及可以在UHV環境中使用相容性。 本揭露的一些實施例提供一種高熱負載真空裝置的製造方法。該方法包含藉由一非真空銲接製程連接一高熱負載組件與一真空組件，以形成一高熱負載真空裝置。相較於真空銲接製程例如真空硬銲，該非真空銲接製程更為經濟且有效。 雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如，可用不同的方法實施上述的許多製程，並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。 再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包含於本申請案之申請專利範圍內。

<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 1 </td><td> 高熱負載真空裝置 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 高熱負載組件 </td></tr><tr><td> 12 </td><td> 冷卻通路 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 真空組件 </td></tr><tr><td> 22 </td><td> 真空通道 </td></tr><tr><td> 50 </td><td> 排氣系統 </td></tr><tr><td> 52 </td><td> 閥門 </td></tr><tr><td> 54 </td><td> 孔洞 </td></tr><tr><td> TMP </td><td> 渦輪分子泵 </td></tr><tr><td> SP </td><td> 粗抽泵 </td></tr><tr><td> P1 </td><td> 樣品腔室 </td></tr><tr><td> P2 </td><td> 泵腔室 </td></tr><tr><td> RGA </td><td> 殘留氣體分析器 </td></tr><tr><td> EG1 </td><td> 熱陰極離子真空計 </td></tr><tr><td> EG2 </td><td> 熱陰極離子真空計 </td></tr></TBODY></TABLE>

參閱詳細說明與申請專利範圍結合考量圖式時，可得以更全面了解本申請案之揭示內容，圖式中相同的元件符號係指相同的元件。 圖1A為示意圖，例示本揭露實施例的高熱負載真空裝置。 圖1B為剖面示意圖，例示本揭露實施例的高熱負載真空裝置。 圖2為示意圖，例示用於量測釋氣率材料之熱釋氣系統(outgassing system)。 圖3說明CuCrZr合金的X射線繞射(X-ray diffraction，XRD)圖譜。 圖4說明釋氣率CuCrZr合金於烘烤過程中熱釋氣隨溫度變化之曲線。 圖5說明CuCrZr合金於不同抽氣時間下所量之殘留氣體組成。 圖6說明六種主要殘留氣體在烘烤過程中之變化曲線。 圖7說明CuCrZr法蘭與不鏽鋼法蘭接合面於不同螺絲鎖附扭力下之漏氣率(leakage rate)。 圖8說明CuCrZr合金於抽氣10小時後(q ₁₀)及烘烤過後(q ₇₂)之熱釋氣率。 圖9說明CuCrZr法蘭與不鏽鋼法蘭接合面於十次升降溫測試下之漏氣率。 圖10A說明CuCrZr合金上鍍上一層TiZrV薄膜於掃描電子顯微鏡下所觀察之影像。 圖10B說明利用X射線繞射(X-ray diffraction，XRD)儀分析CuCrZr合金上TiZrV薄膜之元素組成。

Claims (13)

1. 一種高熱負載真空裝置，包括： 一高熱負載組件；以及 一真空組件，連接至該高熱負載組件，其中該真空組件的一材料與該高熱負載組件的一材料包括銅鉻鋯(CuCrZr)合金。
2. 如請求項1所述之高熱負載真空裝置，其中該CuCrZr合金包括範圍自實質0.50%至實質1.50%的鉻、範圍自實質0.05%至實質0.25%的鋯、以及餘量實質上皆為銅。
3. 如請求項1所述之高熱負載真空裝置，其中該真空組件與該高熱負載組件形成為一體成型結構(monolithic structure)。
4. 如請求項1所述之高熱負載真空裝置，其中該真空組件與該高熱負載組件藉由一非真空銲接而連接。
5. 如請求項4所述之高熱負載真空裝置，其中該真空組件與該高熱負載組件藉由弧銲(arc welding)而連接。
6. 如請求項5所述之高熱負載真空裝置，其中該真空組件與該高熱負載組件藉由氣體鎢極弧銲(gas tungsten arc welding，GTAW)而銲接。
7. 如請求項1所述之高熱負載真空裝置，其中該真空組件包括至少一真空法蘭，以及該高熱負載組件包括一高熱負載吸收器。
8. 如請求項7所述之高熱負載真空裝置，另包括： 一真空通道，穿過該真空組件與該高熱負載組件，其中該真空通道經配置以使得電子束於一真空環境中運行；以及 一冷卻通路，穿過該真空組件與該高熱負載組件，其中該冷卻通路經配置以使得冷卻液體通過以承受一熱負載，並且該冷卻通路與該真空通道彼此隔離。
9. 一種高熱負載真空裝置的製造方法，包括： 提供一高熱負載組件與一真空組件，其中該真空組件的一材料與該高熱負載組件的一材料包括銅鉻鋯(CuCrZr)合金；以及 藉由一非真空銲接製程，連接該高熱負載組件與該真空組件。
10. 如請求項9所述之製造方法，其中該非真空銲接製程包括一弧銲製程。
11. 如請求項10所述之製造方法，其中該非真空銲接製程包括一氣體鎢極弧銲(gas tungsten arc welding，GTAW)製程。
12. 如請求項9所述之製造方法，其中該真空組件包括至少一真空法蘭，以及該高熱負載組件包括一高熱負載吸收器。
13. 如請求項12所述之製造方法，其中該高熱負載真空裝置另包括： 一真空通道，穿過該真空法蘭與該高熱負載吸收器，其中該真空通道經配置以使得電子束於一真空環境中運行；以及 一冷卻通路，穿過該真空法蘭與該高熱負載吸收器，其中該冷卻通路經配置以使得冷卻液體通過以承受一熱負載，並且該冷卻通路與該真空通道彼此隔離。