Kyoto/Neuss, 06. März 2020. Über 3.000 internationale Wissenschaftler werden in Zukunft nach Darmstadt reisen, denn an der Gesellschaft für Ionenforschung (GSI) entsteht mit der “Facility for Antiproton and Ion Research” (FAIR) eine der weltweit größten Beschleunigeranlagen. Die Kyocera Fineceramics Solutions GmbH (KFSG), ehemals Friatec GmbH, liefert die Grundlage für die zukünftigen Untersuchungen auf diesem Gebiet: Die Beam Position Monitors des Unternehmens (BPM) sind wichtige Bauteile im Doppelring-Beschleuniger Schwerionen-Synchotron (SIS) 100, der das Herzstück von FAIR bildet.
Mit einer Genauigkeit von 100 µm das Universum erforschen
Die Hochpräzisions-Experimente bei FAIR dienen dem besseren Verständnis der fundamentalen Struktur der Materie. Dabei sollen Daten von Magnetfeldern und deren Verhalten gespeichert und anschließend ausgewertet werden. Gleichzeitig geht es um die große Frage, wie sich das Universum seit seiner Entstehung entwickelt hat. Diese wissenschaftlichen Untersuchungen werden im SIS 100 mit einem Umfang von 1.100 Metern durchgeführt. Als Hauptdiagnose-Bauteil im Beschleunigerring dienen 84 Beam Position Monitors: Unter kryogenen Bedingungen vermessen sie die Lage des Strahles. Dabei wird überprüft, wo sich der Strahl gerade im Raum befindet, und dank Korrektur bleibt dieser stets auf der gewünschten Laufbahn. Das gesamte Vorgehen wird dabei mit einer Genauigkeit von 100 µm gemessen.
Mit Aluminiumoxid von Kyocera zur Perfektion
Im BPM werden alle Schlüsseltechnologien, die sich die KFSG über die letzten Jahrzehnte angeeignet hat, zu einem Bauteil vereint: FRIALIT F99,7. Dieses 99,7-prozentige Aluminiumoxid bietet geringste Desorptions- und Leckraten, ist nicht magnetisierbar und bestens isolierend. So können die Einheiten mit minimalen Toleranzen präzise auf die angeforderten Geometrien angepasst werden. Insbesondere die Erfahrungswerte in Keramik-Metall-Verbindungstechniken von KSFG zeichnen sich bei der Fertigung dieser Innovation aus. Dennoch stellen die speziell geformte Metallisierung, das Löten der Bauteile und die nötige Perfektion und Präzision bei der Entwicklung der Innenkontur eine technische Herausforderung dar.
Die Innenkontur des Bauteils wurde durch CAD/CAM Technologie auf die 5-Achs-CNC-Schleifmaschinen übertragen. Die Grundlage für die erfolgreiche Übertragung bildet hierbei die hochpräzise Vorarbeit der keramischen Messhülsen. Auch die Beschichtung, die durch die Schleifarbeit entfernt wurde, musste nachträglich in einer maximalen Schichtdicke von 50 µm Mo-Mn+Ni (Molybdän-Mangan und Nickel) hergestellt werden, um eine einheitliche Geometrie zu gewährleisten.
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