铜激光处理表面的形貌与化学特性表征

摘要： 电子倍增效应和电子云已被确认为高强正粒子加速器束流质量或低温系统的主要限制因素。在用于降低表面二次电子发射率（SEY）的调理操作技术及其他表面结构化技术中，激光表面处理是一种极具前景的方法，可在大气压下对真空室铜表面进行原位处理。本研究采用平行线模式的脉冲激光照射铜材，导致表面局部烧蚀并沉积铜颗粒聚集体。欧洲核子研究中心开展的测试表明：通过构建多尺度粗糙度改变表面形貌，可借助几何效应降低SEY。但该处理表面的机械强度及粉尘产生问题尚未得到解决。本研究对表面形貌的多尺度特征进行了定性分析，采用扫描电子显微镜（SEM）、聚焦离子束（FIB）、透射电子显微镜（TEM）和能谱仪（EDS）等技术，探究激光处理表面的颗粒尺寸形貌、化学成分、金相组织及相变等特征。SEM与FIB检测显示表面形貌取决于局部激光辐照能量（尤其相对于烧蚀阈值）；TEM分析揭示了处理材料的化学成分与晶体构型，有助于识别激光改性及氧化区域。观测到多种表面结构，潜在脆弱结构被确认为烧蚀近表面再沉积的氧化物质。材料连续性与成分对生成表面形貌的机械完整性起决定作用，通过分析机械应力后提取粉尘的来源评估了生成结构的附着力。