Claims (1)
Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Hohlraumresonators
für hohe Frequenzen durch Verarbeitung eines mit einer Niob-Schicht versehenen metallischen
Trägermaterials, anschließendes Aufdampfen einer Zinn-Schicht auf die Niob-Schicht
und einer folgenden Wärmebehandlung und Abtragung der Zinn-Schicht durch chemisches
Polieren, gekennzeichnet durch Kombination folgender Verfahrensschritte: a) daß
das Trägermaterial Titan ist, b) daß das Titan in einem Arbeitsgang durch superplastische
Umformung zu einem Resonatorkörper oder einer Resonatorkette verformt wird, c) daß
die Niob-Schicht auf die Innenoberfläche des Resonatorkörpers auf elektrochemischem
Wege aufgebracht wird, d) daß auf die Niob-Schicht eine Zinn-Schicht aufgedampft
wird, e) daß anschließend eine Wärmebehandlung erfolgt, f) daß daran anschließend
überschüssiges Zinn abgetragen wird, g) daß danach auf die Außenoberfläche eine
Kupfer-Schicht aufgetragen wird, h) daß die Kupfer-Schicht anschließend getempert
wird und i) daß die Kupfer-Schicht mit Kanälen versehen wird (z. B. durch Galvanisieren). Claim: Method for producing a superconducting cavity resonator
for high frequencies by processing a metallic material provided with a niobium layer
Carrier material, subsequent vapor deposition of a tin layer on the niobium layer
and a subsequent heat treatment and chemical removal of the tin layer
Polishing, characterized by a combination of the following process steps: a) that
the carrier material is titanium, b) that the titanium is superplastic in one operation
Deformation to a resonator body or a resonator chain is deformed, c) that
the niobium layer on the inner surface of the resonator body on electrochemical
Ways is applied, d) that a tin layer is vapor-deposited on the niobium layer
is, e) that a heat treatment is then carried out, f) that this is followed by a heat treatment
excess tin is removed, g) that then on the outer surface a
Copper layer is applied, h) that the copper layer is then annealed
and i) that the copper layer is provided with channels (e.g. by electroplating).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden
Hohlraumresonators für hohe Frequenzen durch Verarbeitung eines mit einer Niob-Schicht
versehenen metallischen Trägermaterials, anschließendes Aufdampfen einer Zinn-Schicht
auf die Niob-Schicht und einer folgenden Wärmebehandlung und Abtragung der Zinn-Schicht
durch chemisches Polieren. The invention relates to a method for producing a superconducting
Cavity resonator for high frequencies by processing one with a niobium layer
provided metallic carrier material, subsequent vapor deposition of a tin layer
on the niobium layer and a subsequent heat treatment and removal of the tin layer
by chemical polishing.
Supraleitende Resonatoren werden in zunehmendem Maße zur Beschleunigung
ionisierter Teilchen in Teilchenbeschleunigeranlagen eingesetzt. Besonders hohe
Teilchenenergien werden erreicht, wenn die Resonatoren mit extrem hoher Güte arbeiten.
Erzielt wird dies mit einer Schicht aus der A-15 Legierung Nb3Sn. Ein solches Verfahren
zur Herstellung von Resonatoren ist z. B. aus Frey, Haefer-Tieftemperatur-Technologie,
Hrsg. F. X. Eder VDI-Verlag 1981, S.371-381, 464-467 bekannt. Superconducting resonators are increasingly used for acceleration
ionized particles used in particle accelerator systems. Particularly high
Particle energies are achieved when the resonators work with extremely high quality.
This is achieved with a layer made of the A-15 alloy Nb3Sn. Such a procedure
for the production of resonators is z. B. from Frey, Haefer low temperature technology,
Ed. F. X. Eder VDI-Verlag 1981, pp.371-381, 464-467 known.
Hierbei wird zur Herstellung von Resonatoren ein Verfahren angewendet,
bei dem Niob-Blech durch Tiefziehen, Drehen aus dem Vollen oder Elektroschweißung
verarbeitet wird, oder Kupfer-Blech elektrochemisch beschichtet wird. Anschließend
wird auf die Oberfläche des so verarbeiteten Bleches unter gleichzeitiger oder anschließender
Wärmebehandlung Zinn aufgedampft und dadurch die A-15 Legierung Nb3Sn erzeugt. Anschließend
wird die Zinn-Schicht durch sogenanntes oxidierendes Polieren abgetragen. Here, a method is used for the production of resonators,
in the case of niobium sheet metal by deep drawing, turning from solid or electric welding
is processed, or copper sheet is electrochemically coated. Afterward
is applied to the surface of the processed sheet under simultaneous or subsequent
Heat treatment, tin is vapor-deposited, thereby producing the A-15 alloy Nb3Sn. Afterward
the tin layer is removed by so-called oxidizing polishing.
Bei einem anderen aus der DE-AS 25 32 570 bekannten Verfahren zum
Herstellen von supraleitfähigen Nb3Sn-Schichten auf Nioboberflächen für Hochfrequenzanwendungen
werden die zu beschichtenden Oberflächen in einem Reaktionsgefäß, das in einer Heizvorrichtung
angeordnet ist, einer Zinndampfatmosphäre ausgesetzt und bei dem die Nb3Sn-Schicht
in einem Wärmebehandlungsschritt ausgebildet wird. Hierbei wird das Reaktionsgefäß
kontinuierlich abgesaugt, wobei die Gase nach einem Reaktionsbereich innerhalb des
Reaktionsgefäßes so gedrosselt werden, daß beim Erhitzen der Zinndampfdruck innerhalb
des Reaktionsbereiches gegenüber dem Zinndampfdruck in dem restlichen Reaktionsgefäßvolumen
erhöht bleibt. In another known from DE-AS 25 32 570 method for
Production of superconducting Nb3Sn layers on niobium surfaces for high frequency applications
the surfaces to be coated are placed in a reaction vessel that is placed in a heating device
is arranged, exposed to a tin vapor atmosphere and in which the Nb3Sn layer
is formed in a heat treatment step. This is the reaction vessel
continuously sucked off, the gases after a reaction area within the
Reaction vessel are throttled so that when heated, the tin vapor pressure within
of the reaction area versus the tin vapor pressure in the remaining reaction vessel volume
remains elevated.
Nachteilig ist hierei, daß die damit hergestellten Resonatoren bei
hohen Temperaturen nur einwandfrei funktionsfähig sind oder bleiben, wenn für eine
gute Wärmebehandlung gesorgt ist, z. B. mittels einer zusätzlichen Tieftemperatur-Kühleinrichtung.
Außerdem ist die Herstellung relativ schwierig, weil die Resonatoren nicht oder
nur schwer in einem Arbeitsgang herzustellen sind, da beim Verarbeiten des Niob-Blechs
Nahtstellen entstehen, deren Beseitigung mit Verunreinigungen der Oberfläche verbunden
ist, oder, falls die Resonatoren aus dem Vollen hergestellt werden, der Material-und
Arbeitsaufwand zu groß ist. The disadvantage here is that the resonators produced with it
high temperatures are or remain properly functional only if for a
good heat treatment is provided, e.g. B. by means of an additional low-temperature cooling device.
In addition, the production is relatively difficult because the resonators are not or
are difficult to manufacture in one operation, because when processing the niobium sheet
Seams arise, the removal of which is associated with surface contamination
is, or, if the resonators are made from the solid, the material and
Workload is too great.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu finden, mit welchem Resonatoren,
insbesondere supraleitende Hohlraumresonatoren, nicht nur einzeln, sondern auch
in sogenannten Resonatorketten leicht herzustellen sind, die bei Temperaturen des
flüssigen Heliums (4,2 K) eine extrem hohe Funktionsgüte aufweisen. Außerdem sollten
die Resonatoren damit nahtfrei und in einem Arbeitsgang herzustellen sein. The object of the invention is to find a method with which resonators,
especially superconducting cavity resonators, not only individually, but also
are easy to manufacture in so-called resonator chains, which are operated at temperatures of the
liquid helium (4.2 K) have an extremely high functional quality. Also should
the resonators can thus be produced seamlessly and in one operation.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind erfindungsgemäß die kennzeichnenden
Verfahrensschritte des Anspruchs vorgesehen. According to the invention, the characteristic features are used to solve the problem
Process steps of the claim provided.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Resonatoren auch
bei 4,2 K eine extrem hohe Funktionsgüte aufweisen und daß ihre Herstellung relativ
einfach und nahtfrei erfolgt. Durch die damit erzielte hohe Wärmeleitfähigkeit kann
auch auf aufwendige und teuere Heliumbad-Kryostaten verzichtet werden. The advantage of the invention is that the resonators also
at 4.2 K have an extremely high functional quality and that their production is relatively
done easily and seamlessly. Due to the high thermal conductivity achieved in this way
Complex and expensive helium bath cryostats can also be dispensed with.
Mit der Verwendung von Titan als Trägermaterial lassen sich durch
superplastische Umformung formgetreue Titan-Resonatoren und Resonatorketten ohne
Nahtstellen in einem Arbeitsgang herstellen. Durch die Beschichtung der Innenoberfläche
der Resonatoren mit Niob wird erreicht, daß sie in ihren Eigenschaften einem herkömmlichen
Resonator aus Niob-Blech entsprechen und in einen Nb2Sn-Resonator überführt werden
können, da Titan, im Gegensatz z. B. zu Kupfer, einer Wärmebehandlung widersteht
Nach Aufbringen der Niob-Schicht auf die Titanoberfläche erfolgt das Aufdampfen
einer Zinn-Schicht mit anschließender Wärmebehandlung. Nach erfolgter Wärmebehandlung
wird das überschüssige Zinn abgetragen. Um eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Titan-Resonators
zu erzielen, wird dieser nach der Wärmebehandlung auf seiner Außenoberfläche mit
einer Kupfer-Schicht überzogen; diese kann erforderlichenfalls zu einer weiteren
Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit getempert werden. Zur Steigerung der Helium-Kühlung
wird die aufgebrachte Kupfer-Schicht mit Kanälen (Kühlkanälen) versehen, welches
z. B. With the use of titanium as a carrier material, you can get through
superplastic forming dimensionally accurate titanium resonators and resonator chains without
Produce seams in one operation. By coating the inner surface
the resonators with niobium is achieved that their properties are compared to conventional ones
Corresponding resonator made of niobium sheet metal and converted into an Nb2Sn resonator
can, as titanium, in contrast to z. B. to copper, withstands heat treatment
After the niobium layer has been applied to the titanium surface, vapor deposition takes place
a tin layer with subsequent heat treatment. After the heat treatment
the excess tin is removed. To ensure high thermal conductivity of the titanium resonator
to achieve, this is after the heat treatment on its outer surface with
covered with a copper layer; if necessary, this can lead to a further
Increase in thermal conductivity are tempered. To increase the helium cooling
the applied copper layer is provided with channels (cooling channels), which
z. B.