DE19921000A1

DE19921000A1 - Device for processing workpieces made of highly pure metal comprises several vacuum processing stations for desorption, coating and homogenizing the workpieces

Info

Publication number: DE19921000A1
Application number: DE1999121000
Authority: DE
Inventors: Manfred Raschke; Michael Hohmann; Bernd Sitzmann; Franz Pfahls
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2000-11-09

Abstract

Device for processing workpieces made of highly pure metal comprises several vacuum processing stations for desorption, coating and homogenizing the workpieces. Each of the vacuum stations are connected to three ultra-high vacuum stations and then arranged in a pure chamber cell. The ultra-high vacuum stations are charged with metal cores or metal cylinders and heating elements and directed to receive workpieces.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bear beiten von Werkstücken aus hochreinem Metall, mit mehreren Vakuumbearbeitungsstationen zur Desorpti on, Beschichtung und Homogenisierung der Werkstüc ke sowie eine Verfahren zur Herstellung der Werk stücke unter Verwendung der Vorrichtung.The invention relates to a device for Bear machining of workpieces made of high-purity metal, with several vacuum processing stations for desorpti on, coating and homogenization of the workpiece ke as well as a method of manufacturing the plant pieces using the device.

Es ist bekannt, Niobium-Resonatoren durch eine zweistufige Vakuumwärmebehandlung zur Herstellung von Hochleistungsspulen für die Beschleunigung von Elementarteilchen der Materie vorzubereiten. Die aus hochreinem, aus im Elektronenstrahlumschmelz verfahren gewonnenem Niobium gefertigten Resonato ren weisen erfahrungsgemäß nach dem Verformen und Fügen mechanisch bedingte Restspannungen auf und sind durch ein anschließendes Behandeln im Ätzbad mit Wasserstoffionen an der Oberfläche kontami niert und durch das Handhaben unter Normaldruck an ihrer Oberfläche mit Wasser belegt. Üblicherweise erfolgt die Bearbeitung der Werkstücke in einem horizontal angeordneten Vakuumglühofen, und zwar sowohl für ein Spannungsfreiglühen als auch zum Trocknen und Entgasen. Nach der Vakuumofenabküh lung bis auf Raumtemperatur werden bei dem bekann ten Verfahren die dechargierten Niobium- Resonatoren in Spezialfolie eingepackt und zu ei nem relativ weit entfernten Ultrahochvakuumwärme behandlungsofen transportiert, wobei die allseiti ge Oberflächenkontamination mit Staub und Wasser bis zu einem gewissen Grad unvermeidlich ist.It is known to use niobium resonators two-stage vacuum heat treatment for manufacturing of high performance coils for the acceleration of Prepare elementary particles of matter. The from high purity, from electron beam remelting Processed niobium manufactured resonato experience has shown after deforming and Add mechanical residual stresses to and are then treated in an etching bath Contaminated with hydrogen ions on the surface niert and by handling under normal pressure their surface covered with water. Usually the workpieces are machined in one horizontally arranged vacuum annealing furnace, namely for stress relief annealing as well as for Drying and degassing. After cooling the vacuum oven be brought up to room temperature the dechargated niobium Resonators wrapped in special foil and egg relatively high distant ultra high vacuum heat treatment furnace transported, the allseiti surface contamination with dust and water is inevitable to a certain extent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werk stücke aus hochreinem Metall zu homogenisieren und zu Desorbieren und diese so aufzuarbeiten, daß sie auch ohne eine die Werkstücke umschließende Ver packung handhabbar sind. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die eine kontinu ierliche und weitgehend automatische Produktion großer Mengen von Resonatoren aus hochreinem Me tall ermöglicht. Schließlich soll die Fläche, auf der die Behandlung der Resonatoren in der gefor derten Weise erfolgt, möglichst klein sein, gemes sen an der Stückzahl der auf ihr behandelten Werk stücke.The invention is based, to work homogenize pieces of high-purity metal and to desorb and process them so that they even without a ver pack are manageable. In addition, a Device are created that a continuous petite and largely automatic production large quantities of resonators made of high-purity Me tall allows. After all, the surface is supposed to be on of the treatment of the resonators in the gefor Most often, be as small as possible the number of pieces of work treated on it pieces.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfin dung gelöst durch eine Vorrichtung, bei der je weils einer Hochvakuumstation drei Ultrahochvaku umstationen zugeordnet sind, wobei die vier Vaku umbearbeitungsstationen in einer Reinraumzelle die Ecken eines Karrees bildend angeordnet sind, wobei die drei Uktrahochvakuumstationen jeweils mit Me tallkernen oder Metallzylindern und/oder Heizele menten bestückt sind und für die Aufnahme von je weils einem Werkstück eingerichtet sind, während die Hochvakuumstation für die Aufnahme von drei Werkstücken bemessen ist, wobei eine im Zentrum des Karrees stehende Bedienperson oder ein Manipu lator für eine erste Beschichtungsphase in jede der Ultrahochvakuumbearbeitungsstationen jeweils ein Werkstück zum Zwecke der Desorption und Be schichtungsbehandlung einführt und für eine zweite Bearbeitungsphase die Werkstücke den drei Ul trahochvakuumbearbeitungsstationen entnimmt und alle drei Werkstücke der Hochvakuumbearbeitungs station zum Zecke der Diffusions- und/oder einer Beschichtungsbehandlung zuführt und in einer drit ten Bearbeitungsphase die drei Werkstücke der Hochvakuumbehandlungsstation entnimmt und für ihre Verwendung außerhalb der Reinraumzelle bereit stellt.This task is carried out according to the present invention dung solved by a device in which each because of a high vacuum station three ultra high vacuum umstation are assigned, the four vacu processing stations in a clean room cell Corners of a square are arranged forming, whereby the three ultra high vacuum stations each with Me tall cores or metal cylinders and / or Heizele elements are equipped and for the inclusion of each because a workpiece is set up while the high vacuum station for holding three Workpieces are dimensioned, one in the center operator's stand or a manipu for a first coating phase in each of the ultra high vacuum processing stations each a workpiece for desorption and loading introduces stratification treatment and for a second Machining phase the workpieces the three ul high vacuum processing stations removed and all three workpieces for high vacuum processing station to tick the diffusion and / or one Coating treatment feeds and in a third the three workpieces of the High vacuum treatment station takes and for your Ready to use outside the clean room cell poses.

Vorzugsweise sind bei einer größeren Vorrichtung die Handlingsautomaten zusammen zwei Reihen bil dend, beiderseits und parallel einer geraden Füh rungsstraße aufgestellt, wobei jeweils jede dritte Vakuumbehandlungsstation der in der einen Linie aufgestellten Vakuumbehandlungsstation eine Hoch vakuumbehandlungsstation ist und die erste und dann jede weitere vierte Vakuumbehandlungsstation der parallelen zweiten Reihe eine Hochvakuumbe handlungsstation ist, wobei alle Vakuumbehand lungsstationen in einer entsprechenden Anzahl von Reinraumzellen untergebracht sind, die alle zusam men eine Reinraumfertigungsstraße bilden.Preferably in a larger device the handling machines together two rows bil dend, on both sides and parallel to a straight foot road, with every third Vacuum treatment station in one line installed vacuum treatment station a high vacuum treatment station is and the first and then every fourth vacuum treatment station the parallel second row a high vacuum action station is, all vacuum handling corresponding number of stations Clean room cells are housed, all together form a clean room production line.

Beim Verfahren zum Bearbeiten von als Hohlkörper ausgeformten Werkstücken aus hochreinem Metall in mehreren, innerhalb eines Reinraumes angeordneten Vakuumbearbeitungsstationen zum Zwecke ihrer Desorption, Beschichtung und Homogenisierung wer den in einem ersten Verfahrensschritt jeweils drei Ultrahochvakuumbearbeitungsstationen, die mit Heizelementen und Metallzylindern ausgerüstet sind, mit jeweils einem Werkstück bestückt und im Ultrahochvakuum getrocknet und auf ihrer Außensei te beschichtet und in einem zweiten Verfahrens schritt nach ihrer Abkühlung auf etwa Raumtempera tur den Ultrahochvakuumbearbeitungsstationen ent nommen und gemeinsam in die Kammer einer Hochvaku umbearbeitungsstation eingebracht, wo sie in einem dritten Verfahrensschritt erhitzt und mit einer weiteren Beschichtung versehen und in einem vier ten Verfahrensschritt nach ihrem Abkühlen aus der Hochvakuumkammer ausgeschleust und ihrer weiteren Verwendung innerhalb der Reinraumzelle zugeführt werden.In the process of machining as a hollow body molded workpieces made of high purity metal in several, arranged within a clean room Vacuum processing stations for the purpose of their Desorption, coating and homogenization who three each in a first process step Ultra high vacuum processing stations using Heating elements and metal cylinders are equipped with one workpiece each and in Ultrahigh vacuum dried and on their outer side te coated and in a second process after cooling down to about room temperature ture the ultra high vacuum processing stations taken and together in the chamber of a high vacuum processing station introduced where they are in one third process step heated and with a another coating and in a four process step after cooling from the High vacuum chamber removed and their other Use supplied within the clean room cell become.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß jeweils ei ner Hochvakuumbehandlungsstation drei Ultrahochva kuumbehandlungsstationen zugeordnet sind, wobei eine Vielzahl von Behandlungsstationen vorgesehen sind, die zusammen in zwei zueinander parallelen Reihen mit etwa gleichen Abständen zueinander in einem Reinraum oder mehreren Reinraumabschnitten aufgestellt sind, wobei eine Hochvakuumbehand lungsstation abwechselnd in der einen Linie und die nächstfolgende Hochvakuumbehandlungsstation in der anderen Linie aufgestellt ist, so daß sie zu sammen in der Draufsicht ein Zickzack oder eine wechselweise Anordnung bilden.It is essential for the invention that each egg ner high vacuum treatment station three ultrahighva Kuum treatment stations are assigned, wherein a variety of treatment stations are provided are that together in two parallel to each other Rows with approximately equal distances from each other in one clean room or several clean room sections are set up, taking a high vacuum hand alternating in one line and the next high vacuum treatment station in the other line is set up so that it too together a top view of a zigzag or one alternate form.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Pa tentansprüchen beschrieben und gekennzeichnet.Further details and features can be found in Pa claims described and labeled.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an hängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:The invention allows a wide variety of designs opportunities for; one of them is in the an hanging drawings shown in more detail demonstrate:

Fig. 1 ein Teilstück eine Fertigungslinie mit vier Ultrahochvakuumbehandlungsstationen und zwei größeren Hochvakuumbehandlungs stationen in der Draufsicht, Fig. 1 a portion of a production line with four ultra-high vacuum treatment stations and two larger high vacuum treatment stations in plan view,

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in der Seiten ansicht und Fig. 2 shows the arrangement of FIG. 1 in the side view

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer kom pletten Fertigungsstraße mit insgesamt 8 Hochvakuumbehandlungsstationen und 22 Ul trahochvakuumbehandlungsstationen und ei nem längsverschiebbaren Manipulator für das Ein- und Ausschleusen und das Bereit stellen der Werkstücke. Fig. 3 is a schematic representation of a complete production line with a total of 8 high vacuum treatment stations and 22 ultra high vacuum treatment stations and egg nem longitudinally movable manipulator for the in and out and the provision of the workpieces.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind in einer Rein raumzelle 3c drei Ultrahochvakuumbehandlungssta tionen 7, 8, 9 und eine Hochvakuumstation 10 ange ordnet, und zwar derart, daß sie von einem längs einer Fertigungsstraße 2 bewegbaren Manipulator 11 alle etwa den gleichen Abstand aufweisen. Mittels des Manipulators 11 können alle vier Vakuumbehand lungsstationen 7, 8, 9, 10 mit Hohlraumresonatoren 12, 13, 14, . . . beladen bzw. entladen werden.As can be seen from FIG. 1, three ultra high vacuum treatment stations 7 , 8 , 9 and a high vacuum station 10 are arranged in a clean room cell 3 c, in such a way that they are all about the same distance apart from a manipulator 11 movable along a production line 2 . By means of the manipulator 11 , all four vacuum treatment stations 7 , 8 , 9 , 10 with cavity resonators 12 , 13 , 14 ,. . . be loaded or unloaded.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Ultrahochvakuumbehand lungsstationen 7, 8, 9 bzw. deren Behandlungskammern so bemessen, daß sie jeweils einen Hohlraumresona tor 12, . . .,16 zur Behandlung aufnehmen können, wäh rend die Hochvakuumbehandlungsstation 10 über eine Vakuumkammer verfügt, in die gleichzeitig drei Hohlraumresonatoren 12, 13, 14, . . . eingeführt werden können. Die in die Ultrahochvakuumbehandlungssta tionen 7, 8, 9 eingebrachten Hohlraumresonatoren 15, 16, . . . sind jeweils von einem hülsenförmigen Titanzylinder 17, 18, . . . und einem Heizelement 20, 21, . . . umschlossen, während in jeden der drei in der Hochvakuumbehandlungsstation 10 gehaltenen Hohlraumresonatoren 12, 13, 14 jeweils ein Titanstab 22, 23, . . . hineinragt. Beiderseits der beiden Reihen von Ultrahochvakuumbehandlungsstationen 7, 8, 9, . . . und Hochvakuumbehandlungsstationen 10, . . . sind die für den Betrieb notwendigen elektrischen Schalt schränke und die Vakuumpumpen angeordnet (die we gen der besseren Übersichtlichkeit nicht näher be zeichnet sind).As shown in FIG. 2, the ultra high vacuum treatment stations 7 , 8 , 9 and their treatment chambers are dimensioned such that they each have a cavity resonator 12 . . ., 16 can receive for treatment, while the high vacuum treatment station 10 has a vacuum chamber into which three cavity resonators 12 , 13 , 14 ,. . . can be introduced. The cavity resonators 15 , 16 , which are introduced into the ultra-high vacuum treatment stations 7 , 8 , 9 . . . are each of a sleeve-shaped titanium cylinder 17 , 18 ,. . . and a heating element 20 , 21 ,. . . enclosed, while in each of the three cavity resonators 12 , 13 , 14 held in the high vacuum treatment station 10 , a titanium rod 22 , 23 ,. . . protrudes. On both sides of the two rows of ultra high vacuum treatment stations 7 , 8 , 9 ,. . . and high vacuum treatment stations 10 ,. . . the electrical control cabinets and the vacuum pumps necessary for operation are arranged (which are not described for reasons of clarity).

Die in Fig. 3 gezeigte Reinraumzelle 3 h am rechten Ende der Fertigungsstraße 2 ist mit nur einer Ul trahochvakuumbehandlungsstation und nur einer Hochvakuumbehandlungsstation ausgestattet, wobei diese beiden Stationen als Reservestationen dienen und im Falle des Ausfalls einer der anderen Be handlungsstationen vom Manipulator 11 bedient wer den.The clean room cell 3 h shown in Fig. 3 h at the right end of the production line 2 is equipped with only one ultra high vacuum treatment station and only one high vacuum treatment station, these two stations serving as reserve stations and being operated by the manipulator 11 if one of the other treatment stations fails .

Claims

1. Device for machining workpieces made of high-purity metal, with several vacuum processing stations for desorption, loading Layering and homogenization of the workpiece ke, each with a high vacuum station assigned to three ultra high vacuum stations and the four vacuum processing stations in a clean room cell Arrays are arranged forming, the three ultra high vacuum stations each with Metal cores or cylinders and heaters elements are equipped and for recording each set up by a workpiece are while the high vacuum station for the simultaneous holding of three workpieces is dimensioned, one in the center of the Kar rees standing operator or a manipu for a first coating phase in each of the ultra high vacuum processing station NEN each a workpiece for the purpose of Desorption and coating treatment leads and for a second processing phase the workpieces the three ultra high vacuum processing stations and all three Workpieces from the high vacuum processing station for the purpose of diffusion and / or one Coating treatment feeds and in one third machining phase the three workpieces ke takes from the high vacuum treatment station and for their use outside of the pure provides room cell.

2. Device according to claim 1, characterized records that the workpieces made of niobium manufactured cavity resonators are and the cores are made of titanium.

3. Device according to claim 1, characterized records that the high vacuum stations with Heating elements for heat treatment of the factory pieces are equipped.

4. The device according to claim 1, characterized records that the titanium cores both as penetrating the cavity of the resonators Rods as well as the resonators from the outside looping pipe sections are formed.

5. Device according to one or more of the previous claims, characterized records that the titanium cores within the Ultra high vacuum chambers resistance heaters elements associated with the titanium cores heat up to its evaporation temperature zen and a condensation of the titanium on the Cause resonators.

6. Device according to one or more of the above forthcoming claims, characterized net that a variety of checked in the square groups of vacuum processing sta along a straight production line ese are provided, each group three High vacuum stations with heating elements and Cores and an ultra high vacuum station with a heating element, the Hochva vacuum station alternately on each one Most space in the first row and then in second place of the first Row of the square is arranged.

7. Device according to one or more of the previous claims, characterized records that the production line is seven Clean room cells with three ultrahighva each processing stations and a Hochva Kuumarbeitstation includes.

8. Process for machining as a hollow body molded workpieces made of high-purity me tall in several, within a clean room arranged vacuum processing stations for Purpose of their desorption, coating and Homogenization, in which in a first Process step three ultrahighva each processing stations with heating elements and metal cylinders are equipped, equipped with one workpiece each and in Ultra high vacuum dried and on their au coated on the outside and in one second step after cooling the ultrahigh to about room temperature vacuum processing stations removed and together in the chamber of a high vacuum chamber work station where they are brought heated in a further process step and provided with another coating and in a fourth step their cooling from the high vacuum chamber smuggled and their further use in be supplied within the clean room cell.