DE102012222230A1

DE102012222230A1 - vacuum pump

Info

Publication number: DE102012222230A1
Application number: DE102012222230.8A
Authority: DE
Inventors: Bernd Koci
Original assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-05
Also published as: EP2740943A2; EP2740943A3; JP2014111939A; EP2740943B1; CN103850949A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit wenigstens einer Komponente, die ein Material umfasst oder daraus besteht, welches ein Metall und Nanopartikel, insbesondere Kohlenstoffnanoröhrchen, enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumpumpe.The invention relates to a vacuum pump with at least one component which comprises or consists of a material which contains a metal and nanoparticles, in particular carbon nanotubes, and a method for producing a vacuum pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, und ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumpumpe. The present invention relates to a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, and a method for producing a vacuum pump.

Vakuumpumpen, wie insbesondere Turbomolekularpumpen, eignen sich zur Herstellung eines hochreinen Vakuums in einer Vakuumkammer und werden beispielsweise in der Beschichtungs- und Halbleitertechnik eingesetzt, um das für die dort durchzuführenden Prozessschritte notwendige Vakuum herzustellen. Typische Halbleiterprozesse bestehen aus einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Prozessschritten, in denen jeweils verschiedene Prozessgase in die Vakuumkammer eingeleitet werden, die anschließend von der Vakuumpumpe abgepumpt werden müssen. Um die für die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren entscheidenden Zykluszeiten möglichst zu verringern, besteht die Bestrebung, die Fördermenge und Förderleistung der Vakuumpumpen zu erhöhen und diese dazu beispielsweise mit erhöhten Rotationsgeschwindigkeiten zu betreiben. Vacuum pumps, in particular turbomolecular pumps, are suitable for producing a high-purity vacuum in a vacuum chamber and are used, for example, in coating and semiconductor technology in order to produce the vacuum necessary for the process steps to be carried out there. Typical semiconductor processes consist of a multiplicity of successive process steps in which different process gases are respectively introduced into the vacuum chamber, which subsequently have to be pumped off by the vacuum pump. In order to reduce as far as possible the cycle times that are decisive for the cost-effectiveness of these methods, there is an attempt to increase the delivery rate and delivery rate of the vacuum pumps and, for example, to operate them at increased rotational speeds.

Die höheren Fördermengen und Rotationsgeschwindigkeiten führen zusätzlich zu einer erhöhten mechanischen Belastung zu einer erheblichen Erwärmung und damit thermischen Belastung der Pumpenkomponenten. The higher flow rates and rotational speeds lead in addition to an increased mechanical load to a considerable heating and thus thermal load on the pump components.

Im Stand der Technik werden verschiedene Materialien für die Rotorscheiben einer Turbomolekularpumpe vorgeschlagen, welche erhöhten thermischen und mechanischen Belastungen standhalten sollen. Beispielsweise beschreibt US 6,095,754 A die Verwendung eines Verbundwerkstoffs aus einer Metallmatrix und einem Verstärkungsadditiv für die Schaufeln der Rotorscheibe einer Turbomolekularpumpe. WO 2007/125104 A1 beschreibt einen Rotor oder Stator einer Turbomolekularpumpe mit Schaufeln aus einer Aluminiumlegierung, die eine Al-Cu-Mg-Mn-Knetlegierung umfasst, welche erhöhten Temperaturen standhalten soll. The prior art proposes various materials for the rotor disks of a turbomolecular pump which are intended to withstand increased thermal and mechanical stresses. For example, describes US 6,095,754 A the use of a composite of a metal matrix and a reinforcing additive for the blades of the rotor disk of a turbomolecular pump. WO 2007/125104 A1 describes a rotor or stator of a turbomolecular pump with aluminum alloy blades comprising an Al-Cu-Mg-Mn wrought alloy intended to withstand elevated temperatures.

Die Eignung der bekannten Vakuumpumpen für den Betrieb mit hohen Gaslasten und Fördergeschwindigkeiten, beispielsweise in der Halbleitertechnik, ist auch bei dem Einsatz der genannten Materialien begrenzt. Beispielsweise führt die bei der Halbleiterherstellung in speziellen Prozessschritten kurzzeitig anfallende Menge des zu fördernden Gases zu einem kurzzeitigen Drehzahlabfall des Rotors, was insbesondere bei hohen Drehzahlen eine starke Materialbelastung und Temperaturerhöhung der rotierenden Pumpenkomponenten zur Folge hat. Es tritt somit schlagartig eine hohe mechanische und thermische Belastung auf, welche aufgrund der begrenzten thermischen und mechanischen Belastbarkeit der Pumpenkomponenten zu einem vorzeitigen Ausfall der bekannten Vakuumpumpen führen kann und deren Lebensdauer reduziert. The suitability of the known vacuum pumps for operation with high gas loads and conveying speeds, for example in semiconductor technology, is also limited in the use of the materials mentioned. For example, the short-term amount of the gas to be delivered during the semiconductor production in special process steps leads to a short-term speed drop of the rotor, which results in a high material load and temperature increase of the rotating pump components, especially at high speeds. It thus occurs suddenly a high mechanical and thermal stress, which due to the limited thermal and mechanical load capacity of the pump components can lead to premature failure of the known vacuum pumps and reduces their life.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Vakuumpumpe zu schaffen, die zuverlässig mit einer hohen Gaslast und Fördergeschwindigkeit betrieben werden kann, die gleichzeitig eine hohe Betriebslebensdauer aufweist und die zudem kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll die Vakuumpumpe auch hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhalten, die gleichzeitig und insbesondere zyklisch wiederkehrend auftreten, wie beispielsweise bei der Halbleiterherstellung, ohne dass die Lebensdauer der Vakuumpumpe dadurch herabgesetzt wird. The object of the invention is to provide a vacuum pump which can be reliably operated with a high gas load and conveying speed, which at the same time has a long service life and which is also inexpensive to produce. In particular, the vacuum pump should also withstand high mechanical and thermal stresses that occur simultaneously and in particular cyclically recurring, such as in semiconductor manufacturing, without the life of the vacuum pump is thereby reduced.

Die Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Turbomolekularpumpe, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß umfasst wenigstens eine Komponente der Vakuumpumpe ein Material oder besteht aus einem Material, welches ein Metall und Nanopartikel, insbesondere Kohlenstoffnanoröhrchen, enthält. According to the invention, at least one component of the vacuum pump comprises a material or consists of a material which contains a metal and nanoparticles, in particular carbon nanotubes.

Durch die Zugabe der Nanopartikel wird eine Verstärkung der Pumpenkomponente erreicht, welche die Beständigkeit der Komponente, beispielsweise der Rotorscheibe einer Turbomolekularpumpe, gegenüber den bei dem Betrieb der Vakuumpumpe mit hohen Gaslasten und Fördergeschwindigkeiten auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen erhöht. Gleichzeitig behält die Pumpenkomponente ihre für den Einsatz in der Vakuumpumpe günstigen metallischen bzw. metallähnlichen Materialeigenschaften. By adding the nanoparticles, an enhancement of the pump component is achieved, which increases the resistance of the component, for example the rotor disk of a turbomolecular pump, to the mechanical and thermal loads occurring during operation of the vacuum pump with high gas loads and conveying speeds. At the same time, the pump component retains its favorable metal or metal-like material properties for use in the vacuum pump.

Insbesondere weist die Pumpenkomponente infolge der Verstärkung des metallischen Materials durch die Nanopartikel eine erhöhte Festigkeit auf, und zwar speziell eine besonders hohe Warmfestigkeit und Dauerfestigkeit. Es wird vermutet, dass die Nanopartikel Hindernisse für die Bewegung von Versetzungen bzw. Gitterfehler in dem Metall darstellen und dadurch eine hohe Versetzungsdichte und eine dementsprechend hohe Festigkeit des Materials gewährleisten. Gleichzeitig weist das Material auch bei hohen Belastungen eine geringe Kriechdehnung auf, wodurch die Gefahr einer durch eine Kriechverformung hervorgerufenen Beschädigung der Rotorscheiben vermieden wird. In particular, as a result of the reinforcement of the metallic material by the nanoparticles, the pump component has increased strength, in particular particularly high heat resistance and fatigue strength. It is believed that the nanoparticles are obstacles to the movement of dislocations or lattice defects in the metal and thereby ensure a high dislocation density and a correspondingly high strength of the material. At the same time, the material has a low creep, even at high loads, whereby the risk of damage caused by a creep deformation of the rotor discs is avoided.

Somit wird eine Vakuumpumpe geschaffen, die mit hohen Gaslasten und Förderleistungen betrieben werden kann und dennoch eine hohe Betriebslebensdauer aufweist. Wie nachstehend im Einzelnen erläutert, lässt sich die Vakuumpumpe mit einfachen Mitteln und auf kostengünstige Weise herstellen und ist somit zudem kostengünstig erhältlich. Thus, a vacuum pump is provided which can be operated with high gas loads and flow rates and yet has a long service life. As explained in detail below, the vacuum pump can be manufactured in a simple and cost-effective manner and is therefore available at low cost.

Die hohe Belastbarkeit der Vakuumpumpe ermöglicht es außerdem, den auslassseitigen Druck der Vakuumpumpe, d.h. den Vorvakuumdruck, auf den die Vakuumpumpe das geförderte Gas bei ihrem Betrieb verdichtet, gegenüber bekannten Vakuumpumpen zu erhöhen. Aus diesem Grund kann mit weniger leistungsstarken Vorvakuumpumpen gearbeitet werden, die an den Auslass der Vakuumpumpe angeschlossen sind, um das Gas von dem Vorvakuumdruck auf Atmosphärendruck zu verdichten. Prinzipiell kann sogar ganz auf den Einsatz einer Vorvakuumpumpe verzichtet werden, d.h. es kann eine Vakuumpumpe und insbesondere eine Turbomolekularpumpe geschaffen werden, die zuverlässig mit einer so hohen Pumpleistung betrieben werden kann, dass die Pumpe das geförderte Gas direkt auf Atmosphärendruck verdichtet. The high load capacity of the vacuum pump also makes it possible to increase the outlet side pressure of the vacuum pump, ie the pre-vacuum pressure to which the vacuum pump compresses the pumped gas during operation, compared with known vacuum pumps. For this reason, it is possible to work with less powerful fore-vacuum pumps connected to the outlet of the vacuum pump in order to compress the gas from the fore-vacuum pressure to atmospheric pressure. In principle, it is even possible to dispense entirely with the use of a backing pump, ie it is possible to provide a vacuum pump and in particular a turbomolecular pump which can be reliably operated with such a high pumping capacity that the pump directly compresses the delivered gas to atmospheric pressure.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren beschrieben. Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims, the description and the figures.

Vorzugsweise weist die Vakuumpumpe einen Stator und wenigstens ein Rotororgan auf, wobei das Rotororgan gegenüber dem Stator drehbar gelagert ist. Die Vakuumpumpe kann prinzipiell als Turbomolekularpumpe, als Holweckpumpe, als Seitenkanalpumpe, als Wälzkolbenpumpe oder als eine Kombination bzw. Verbundvakuumpumpe mehrerer der vorstehend genannten Pumpenarten ausgebildet sein. Preferably, the vacuum pump to a stator and at least one rotor member, wherein the rotor member is rotatably mounted relative to the stator. The vacuum pump can in principle be designed as a turbomolecular pump, as a Holweck pump, as a side channel pump, as a Roots pump or as a combination or composite vacuum pump of several of the abovementioned pump types.

Unter einem Metall wird hierin sowohl ein Reinmetall, das heißt eine einkomponentige Metalllegierung, verstanden als auch eine Legierung im herkömmlichen Sinne, das heißt eine mehrkomponentige Metalllegierung. A metal is understood here to mean both a pure metal, that is to say a one-component metal alloy, and an alloy in the conventional sense, that is to say a multicomponent metal alloy.

Vorzugsweise ist das Metall ein Leichtmetall wie zum Beispiel Aluminium, Magnesium, Titan oder eine Metalllegierung mit einem oder mehreren der vorstehenden Elemente. Ebenso kann das Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung umfassen. Aufgrund des geringen spezifischen Gewichts von Aluminium und der damit einhergehenden geringen Fliehkraftbelastung einer aus Aluminium bestehenden rotierenden Komponente ist insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bzw. Aluminiumknetlegierung als Metall geeignet. Die mechanischen und thermischen Eigenschaften werden dabei durch die Zugabe der Nanopartikel gegenüber dem reinen Metall derart verbessert, dass die aus dem resultierenden Material hergestellte Komponente eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegenüber den hohen mechanischen und thermischen Belastungen aufweist. Eine besonders hohe Belastbarkeit ergibt sich, wenn eine Aluminiumlegierung vom Typ 5XXX, insbesondere vom Typ 5083, eingesetzt wird. Auch bei Verwendung einer Aluminiumlegierung vom Typ 2XXX, insbesondere vom Typ 2618, lässt sich eine hohe mechanische und thermische Beständigkeit erreichen. Die Aluminiumlegierung, insbesondere von einem der Typen 5XXX, z.B. 5083, oder 2XXX, z.B. 2618, entspricht dabei vorzugsweise einer entsprechenden Definition in der DIN EN 573-1,2,3 , d.h. die Aluminiumlegierung vom Typ 5083 entspricht der dort definierten Aluminiumlegierung EN AW-5083 bzw. die Aluminiumlegierung vom Typ 2618 entspricht der dort definierten Aluminiumlegierung EN AW-2618A . Zur Erzielung einer hohen Festigkeit kann eine mischkristallverfestigte Metalllegierung verwendet werden. Das Material der Pumpenkomponente kann generell eine Vickers-Härte von mehr als 160 HV aufweisen. Preferably, the metal is a light metal such as aluminum, magnesium, titanium or a metal alloy having one or more of the above elements. Likewise, the metal may comprise copper or a copper alloy. Due to the low specific weight of aluminum and the concomitant low centrifugal force loading of a rotating component made of aluminum, aluminum or an aluminum alloy or aluminum wrought alloy is particularly suitable as metal. The mechanical and thermal properties are thereby improved by the addition of the nanoparticles compared to the pure metal such that the component produced from the resulting material has a significantly improved resistance to the high mechanical and thermal loads. A particularly high load capacity results when an aluminum alloy of the type 5XXX, in particular of the type 5083, is used. Even when using an aluminum alloy of the type 2XXX, in particular of the type 2618, a high mechanical and thermal resistance can be achieved. The aluminum alloy, in particular of one of the types 5XXX, eg 5083, or 2XXX, eg 2618, preferably corresponds to a corresponding definition in the US Pat DIN EN 573-1,2,3 ie the aluminum alloy type 5083 corresponds to the aluminum alloy defined there EN AW-5083 or the aluminum alloy of type 2618 corresponds to the aluminum alloy defined there EN AW-2618A , To obtain a high strength, a mixed crystal-strengthened metal alloy can be used. The material of the pump component may generally have a Vickers hardness of greater than 160 HV.

Eine besonders hohe Festigkeit der Komponente wird erreicht, wenn das Material zwischen 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1 und 9 Gew.-% und ferner bevorzugt zwischen 2 und 4 Gew.-% Nanopartikel enthält. Der Rest des Materials kann zumindest annähernd vollständig aus dem Metall bzw. der Metalllegierung bestehen. A particularly high strength of the component is achieved if the material contains between 0.5 and 10% by weight, preferably between 1 and 9% by weight and furthermore preferably between 2 and 4% by weight of nanoparticles. The rest of the material may consist at least approximately completely of the metal or the metal alloy.

Das Metall und die Nanopartikel bilden gemeinsam vorzugsweise ein festes Gefüge, wobei das Metall eine Matrix bilden kann, in der die Nanopartikel eingebettet sind. Eine besonders hohe Festigkeit wird erzielt, wenn die Nanopartikel zumindest teilweise vereinzelt in dem Metall vorliegen und zumindest teilweise vereinzelt in eine durch das Metall gebildete Matrix eingebettet sind. Die Nanopartikel weisen vorzugsweise eine zumindest näherungsweise isotrope und insbesondere im Wesentlichen homogene Verteilung in dem Material auf. Dadurch können in allen Bereichen der Komponente und in alle Raumrichtungen die gleichen vorteilhaften mechanischen und thermischen Eigenschaften gewährleistet werden. The metal and the nanoparticles together preferably form a solid structure, wherein the metal can form a matrix in which the nanoparticles are embedded. A particularly high strength is achieved if the nanoparticles are present at least partially isolated in the metal and at least partially isolated embedded in a matrix formed by the metal. The nanoparticles preferably have an at least approximately isotropic and in particular substantially homogeneous distribution in the material. As a result, the same advantageous mechanical and thermal properties can be ensured in all areas of the component and in all spatial directions.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Material durch das Metall gebildete Körner mit einer mittleren Korngröße zwischen 1 und 400 nm, bevorzugt zwischen 1 und 200 nm. Die Körner, welche auch als Kristallite bezeichnet werden, sind vorzugsweise durch die Nanopartikel zumindest teilweise voneinander getrennt. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Festigkeit des Materials. Es wird angenommen, dass die vorzugsweise entlang der Korngrenzen verlaufenden Nanopartikel das Kornwachstum und die Bewegung von Versetzungen in dem Metall behindern, wodurch eine besonders hohe Festigkeit des Materials gewährleistet wird. Neben Nanopartikeln, die sich entlang der Korngrenzen des Metalls erstrecken, können auch Nanopartikel vorhanden sein, welche sich zumindest teilweise innerhalb eines Korns erstrecken, wodurch die Festigkeit weiter erhöht wird. Es wird vermutet, dass derartige Nanopartikel den Zusammenhalt des Korns mit benachbarten Körnern und somit die Festigkeit des Materials zusätzlich erhöhen. According to an advantageous embodiment, the material comprises grains formed by the metal with an average particle size between 1 and 400 nm, preferably between 1 and 200 nm. The grains, which are also referred to as crystallites, are preferably at least partially separated from one another by the nanoparticles. This results in a particularly high strength of the material. It is believed that the nanoparticles, preferably along the grain boundaries, inhibit grain growth and the movement of dislocations in the metal, thereby ensuring a particularly high strength of the material. In addition to nanoparticles extending along the grain boundaries of the metal, nanoparticles may also be present which extend at least partially within a grain, thereby further increasing strength. It is believed that such nanoparticles additionally increase the cohesion of the grain with adjacent grains and thus the strength of the material.

Die durch die Nanopartikel bewirkte Verfestigung ist besonders ausgeprägt, wenn die Nanopartikel zumindest zum Teil oder im Durchschnitt ein Aspektverhältnis, das heißt ein Verhältnis von Länge zu Querschnittsdurchmesser, von wenigstens 3, bevorzugt wenigstens 10 und besonders bevorzugt wenigstens 30 aufweisen. The solidification effected by the nanoparticles is particularly pronounced when the nanoparticles have an aspect ratio, ie a ratio of length to cross-sectional diameter, of at least 3, preferably at least 10 and particularly preferably at least 30, at least or on average.

Unter einem Nanopartikel wird insbesondere ein Partikel verstanden, welches zwei oder drei äußere Dimensionen im nanoskaligen Bereich aufweist, das heißt im Bereich von 1 bis 100 nm, so dass von dem Begriff auch Nanofasern umfasst sind. Vorteilhafte Ergebnisse in Bezug auf die Festigkeit des Materials und dessen Verarbeitbarkeit werden insbesondere bei der Verwendung von anorganischen Nanopartikeln wie insbesondere Nanopartikeln aus Carbiden, Nitriden und Siliziden erzielt. Besonders hohe Festigkeiten werden mit Kohlenstoffnanopartikeln und insbesondere Kohlenstoffnanoröhrchen bzw. "carbon nanotubes" (CNT) erreicht. Daher ist es bevorzugt, wenn die Nanopartikel zumindest teilweise und insbesondere im Wesentlichen vollständig durch Kohlenstoffnanoröhrchen gebildet sind. A nanoparticle is understood in particular to mean a particle which has two or three outer dimensions in the nanoscale range, that is to say in the range from 1 to 100 nm, so that nanofibers are also included in the term. Advantageous results in terms of the strength of the material and its processability are achieved in particular with the use of inorganic nanoparticles, in particular nanoparticles of carbides, nitrides and silicides. Particularly high strengths are achieved with carbon nanoparticles and in particular carbon nanotubes ("CNTs"). Therefore, it is preferred if the nanoparticles are at least partially and in particular substantially completely formed by carbon nanotubes.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind als Nanopartikel Kohlenstoffnanoröhrchen vorgesehen, die eine eingerollte Struktur bzw. eine Scrollstruktur aufweisen. Anstelle einer nahtlosen geschlossenen Zylinderstruktur weisen die eine oder mehreren Graphenlagen eines solchen Nanoröhrchens einen schneckenförmigen Querschnitt auf, das heißt die aufgerollten Graphenlagen weisen zwei voneinander getrennte Längsseiten auf, die ineinander gerollt sind. Kohlenstoffröhrchen mit dieser Struktur und deren Herstellung sind beispielsweise in Iijima, Nature 354, 56–58, 1991 und Bacon, Journal of Applied Physics 34, 1960, 283–90 , beschrieben. According to an advantageous embodiment, carbon nanotubes are provided as nanoparticles, which have a rolled-up structure or a scroll structure. Instead of a seamless closed cylinder structure, the one or more graphene layers of such a nanotube have a helical cross section, that is to say the rolled graphene layers have two longitudinal sides which are separated from one another and rolled into one another. Carbon tubes with this structure and their preparation are, for example, in Iijima, Nature 354, 56-58, 1991, and Bacon, Journal of Applied Physics 34, 1960, 283-90 , described.

Die Kohlenstoffnanoröhrchen können auch eine Scrollstruktur mit mehreren aufgerollten Graphitschichten aufweisen, wobei jede Graphitschicht zwei oder mehr aufeinander angeordnete Graphenlagen umfasst. Die mehreren Graphenlagen bilden gemeinsam die vorstehend beschriebene Schneckenstruktur, wobei die Längskanten aller Graphenlagen ineinander gerollt sind. Derartige Kohlenstoffröhrchen, deren Struktur auch als Multi-Scroll-Struktur bezeichnet wird, sowie deren Herstellung sind in DE 10 2007 044 031 A1 beschrieben. Die zwischen den offenen Längsseiten der Graphenlagen dieser Nanoröhrchen ausgebildete Unterbrechung ermöglicht das Eingehen einer besonders innigen Verbindung des Nanoröhrchens mit dem Metall, wodurch die Festigkeit des Materials erhöht wird. Die Kohlenstoffnanoröhrchen verlaufen ferner aufgrund ihres nicht geschlossenen, sondern im Bereich der Längsseiten der Graphenlagen offenen Querschnitts typischerweise nicht geradlinig, sondern entlang einer gekrümmten, kurvigen Bahn mit relativ kurzen, zwischen zwei Krümmungen angeordneten geraden Abschnitten und bilden somit bevorzugt Knäuel oder Bündel mit mehreren miteinander verworrenen Kohlenstoffnanoröhrchen. Derartige Knäuel lassen sich gegenüber vereinzelten Kohlenstoffnanoröhrchen einfacher und mit geringeren Sicherheitsvorkehrungen handhaben, wodurch der Herstellungsaufwand reduziert wird. The carbon nanotubes may also have a scroll structure with a plurality of coiled graphite layers, each graphite layer comprising two or more graphene layers arranged on top of each other. The several graphene layers together form the above-described screw structure, wherein the longitudinal edges of all graphene layers are rolled into one another. Such carbon tubes, whose structure is also referred to as a multi-scroll structure, as well as their preparation are in DE 10 2007 044 031 A1 described. The disruption formed between the open longitudinal sides of the graphene sheets of these nanotubes allows a particularly intimate connection of the nanotube to the metal, thereby increasing the strength of the material. The carbon nanotubes are also typically not rectilinear due to their open cross-section, but open in the region of the longitudinal sides of the graphene layers, along a curved curved path with relatively short straight sections between two bends and thus preferably form tangles or bundles with several entangled ones carbon nanotubes. Such balls can be compared to isolated carbon nanotubes easier and handle with fewer safety precautions, whereby the manufacturing cost is reduced.

Die äußersten Lagen der Multi-Scroll-Nanoröhrchen können durch eine insbesondere durch eine Druckbeaufschlagung durchgeführte Funktionalisierung zumindest teilweise aufgebrochen sein, wodurch eine noch innigere Verbindung mit dem Metall ermöglicht wird. The outermost layers of the multi-scroll nanotubes may be at least partially broken by a functionalization, in particular by pressurization, thereby allowing an even more intimate connection with the metal.

Der mittlere äußere Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhrchen kann zwischen 5 und 25 nm, insbesondere etwa 13 nm betragen. Die mittlere Länge der Nanoröhrchen kann zwischen 0,5 und 20 µm, bevorzugt zwischen 1 und 10 µm betragen, so dass sich ein sehr hohes Aspektverhältnis der Nanoröhrchen ergibt. Der innere Durchmesser der Nanoröhrchen kann zwischen 2 und 15 nm, bevorzugt zwischen 3 und 8 nm betragen. Die Nanoröhrchen können einen durch Veraschung ermittelten Kohlenstoffanteil von mehr als 95 % und bevorzugt mehr als 99 % aufweisen. Z.B. können die von der Firma Bayer Material Science AG, 51368 Leverkusen, unter der Bezeichnung Baytubes^® vertriebenen Kohlenstoffnanoröhrchen eingesetzt werden. The mean outer diameter of the carbon nanotubes may be between 5 and 25 nm, in particular about 13 nm. The average length of the nanotubes can be between 0.5 and 20 .mu.m, preferably between 1 and 10 .mu.m, resulting in a very high aspect ratio of the nanotubes. The inner diameter of the nanotubes may be between 2 and 15 nm, preferably between 3 and 8 nm. The nanotubes may have an ashing determined carbon content of greater than 95% and preferably greater than 99%. For example, the by Bayer Material Science AG, 51368 Leverkusen, sold under the name Baytubes ^® carbon nanotubes can be used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Material der Komponente durch ein pulvermetallurgisches Verfahren aus einem ein Metall und Nanopartikel enthaltenden pulverförmigen Verbundwerkstoff erhältlich. Mit einem solchen Verfahren lassen sich ein besonders festes Gefüge aus dem Metall und den Nanopartikeln, insbesondere mit einer gleichmäßigen Verteilung der Nanopartikel in dem Metall, gewährleisten. Das pulvermetallurgische Verfahren, welches das pulverförmige Ausgangsmaterial bevorzugt zu einem festen zusammenhängenden und vorzugsweise zumindest annähernd porenfreien oder gering porösen Grundkörper umwandelt, kann ein mechanisches Umformen, insbesondere bei gleichzeitiger Wärmezuführung, umfassen. Durch das Umformen kann ein z.B. länglicher Grundkörper mit im Wesentlichen rundem Querschnitt hergestellt werden, der beispielsweise im Wesentlichen zylinder- oder bolzenförmig ist und einen Durchmesser zwischen 50 und 200 mm, bevorzugt zwischen 60 und 120 mm aufweisen kann. Der Grundkörper kann auch platten- oder blechförmig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das pulvermetallurgische Verfahren ein heißisostatisches Pressen (HIP) oder ein Strangpressen bzw. Extrudieren des pulverförmigen Verbundwerkstoffs umfassen. Prinzipiell kann das Umformen auch ein Walzen umfassen. Durch die Nanopartikel wird die Bewegung von Versetzungen bzw. Gitterfehlplätzen in dem Metall während des pulvermetallurgischen Verfahrens behindert, so dass das Material auch nach dem pulvermetallurgischen Verfahren und einer dabei ggf. erfolgenden Wärmebehandlung eine hohe Versetzungsdichte aufweist und das pulvermetallurgisch hergestellte Material folglich eine entsprechend hohe Festigkeit aufweist. According to an advantageous embodiment, the material of the component is obtainable by a powder metallurgy process from a powdery composite containing a metal and nanoparticles. With such a method, a particularly firm structure of the metal and the nanoparticles, in particular with a uniform distribution of the nanoparticles in the metal, ensure. The powder metallurgical process, which preferably converts the powdery starting material to a solid, coherent and preferably at least approximately pore-free or slightly porous main body, may comprise a mechanical forming, in particular with simultaneous heat supply. By forming an example elongated body can be made with a substantially circular cross-section, for example, is substantially cylindrical or bolt-shaped and may have a diameter between 50 and 200 mm, preferably between 60 and 120 mm. The main body may also be formed plate-shaped or sheet-shaped. For example, the powder metallurgical process may include hot isostatic pressing (HIP) or extruding the powdered composite. In principle, the forming may also include rolling. By the Nanoparticles, the movement of dislocations or lattice defects in the metal during the powder metallurgy process is hindered, so that the material even after the powder metallurgy process and thereby possibly heat treatment has a high dislocation density and the powder metallurgy material thus has a correspondingly high strength.

Eine Pumpenkomponente mit besonders günstigen Eigenschaften wird erreicht, wenn das pulverförmige Ausgangsmaterial durch ein mechanisches Legieren eines Metallpulvers mit Nanopartikeln erhältlich ist. Ein solches Legieren führt zu einem pulverförmigen Ausgangsmaterial mit einer gründlichen Durchsetzung des Metalls mit den Nanopartikeln und einer festen Verbindung zwischen den Nanopartikeln und dem Metall in den einzelnen Pulverpartikeln, so dass das daraus pulvermetallurgisch hergestellte Material ebenfalls eine besonders hohe Festigkeit aufweist. A pump component having particularly favorable properties is achieved when the powdery starting material is obtainable by mechanical alloying of a metal powder with nanoparticles. Such alloying results in a powdery starting material with thorough penetration of the metal with the nanoparticles and a strong bond between the nanoparticles and the metal in the individual powder particles, so that the material produced therefrom by powder metallurgy likewise has a particularly high strength.

Das pulverförmige Ausgangsmaterial kann insbesondere durch ein Verfahren erhältlich sein, welches umfasst, dass ein Metallpulver und Nanopartikel durch mechanisches Legieren derart verarbeitet werden, dass der hergestellte Verbundwerkstoff Metallkörner, die auch als Kristallite bezeichnet werden, mit einer durchschnittlichen Größe im Bereich von 1 bis 100 nm, vorzugsweise 10 bis 100 nm oder im Bereich von mehr als 100 nm bis 200 nm aufweist, die zumindest teilweise durch die Nanopartikel voneinander getrennt sind. Ein Material mit einer solchen Korngröße führt zu einer besonders hohen Festigkeit der resultierenden Pumpenkomponente. Ferner lässt sich das Ausgangsmaterial in industriellem Maßstab herstellen und ist dementsprechend kostengünstig erhältlich. Specifically, the powdery raw material may be obtainable by a method which comprises processing a metal powder and nanoparticles by mechanical alloying such that the produced composite metal grains, also referred to as crystallites, having an average size in the range of 1 to 100 nm , preferably 10 to 100 nm or in the range of more than 100 nm to 200 nm, which are at least partially separated by the nanoparticles. A material with such a grain size leads to a particularly high strength of the resulting pump component. Furthermore, the starting material can be produced on an industrial scale and is therefore available at low cost.

Ein Verfahren zur Herstellung eines geeigneten pulverförmigen Verbundwerkstoffs und ein dadurch erhältlicher Verbundwerkstoff sind beispielsweise in WO 2010/091790 A1 der Firma Bayer International SA beschrieben. Bei dem pulverförmigen Verbundwerkstoff kann es sich insbesondere um einen nach dem in WO 2010/091790 A1 als erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren erhältlichen Verbundwerkstoff handeln. Der diesbezügliche Inhalt der WO 2010/091790 A1 wird durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen. Ebenso kann das pulverförmige Ausgangsmaterial durch ein in einem der Patentfamilienmitglieder der WO 2010/091790 A1 als erfindungsgemäß beschriebenes Verfahren erhältlich sein, deren diesbezüglicher Inhalt ebenfalls durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird. Insbesondere beschreiben WO 2010/091704 A1 , WO 2010/102655 A2 , WO 2010/091789 A1 , WO 2010/091791 A1 und WO 2011/032791 A1 der Firma Bayer International SA derartige Verfahren. A method for producing a suitable powdery composite material and a composite material obtainable thereby are, for example, in WO 2010/091790 A1 described by Bayer International SA. The pulverulent composite material may be, in particular, one after the in WO 2010/091790 A1 act as composite material obtainable according to the invention. The content of this WO 2010/091790 A1 is incorporated by reference into the present specification. Likewise, the powdery starting material can be replaced by a in one of the patent family members of WO 2010/091790 A1 be obtained as a method according to the invention, the relevant content of which is also incorporated by reference into the present specification. In particular, describe WO 2010/091704 A1 . WO 2010/102655 A2 . WO 2010/091789 A1 . WO 2010/091791 A1 and WO 2011/032791 A1 the company Bayer International SA such procedures.

Ein Material, aus dem die Komponente der Vakuumpumpe zumindest teilweise hergestellt sein kann, ist von der Firma Bayer Material Science AG, 51368 Leverkusen unter dem Handelsnamen Bayal-C DP^® erhältlich. A material from which the component of the vacuum pump may be at least partially made, is available from Bayer Material Science AG, 51368 Leverkusen, Germany under the trade name Bayal-C ^® DP.

Die das beschriebene Material umfassende Komponente der Vakuumpumpe ist vorzugsweise eine Komponente, die während des Betriebs der Pumpe mit den geförderten Medien in Kontakt kommt und insbesondere eine pumpaktive Struktur aufweist. Derartige Komponenten werden durch die bei hohen Pumpleistungen auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen besonders stark beansprucht, so dass die Ausbildung einer solchen Komponente mit dem beschriebenen Material einen besonders wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer der Vakuumpumpe hat. The component of the vacuum pump comprising the material described is preferably a component which, during operation of the pump, comes into contact with the conveyed media and in particular has a pump-active structure. Such components are particularly heavily stressed by the mechanical and thermal stresses occurring at high pump powers, so that the formation of such a component with the described material has a particularly significant influence on the life of the vacuum pump.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Komponente ein Rotororgan der Vakuumpumpe, welches bei dem Betrieb der Vakuumpumpe rotierend angetrieben wird und vorzugsweise eine pumpaktive Struktur aufweist. Beispielsweise kann die Komponente eine Rotorscheibe einer turbomolekularen Pumpstufe der Vakuumpumpe umfassen oder daraus bestehen. Dabei wird durch das beschriebene Material eine besonders signifikante Erhöhung der möglichen Pumpleistung und der Lebensdauer der Pumpe erreicht, da die Rotorscheiben und insbesondere deren Schaufeln bei dem Betrieb der Vakuumpumpe mit hohen Gaslasten und Fördergeschwindigkeiten mechanisch und thermisch besonders stark belastet werden. Die Rotorscheibe kann dabei ein eigenständiges Bauteil der Vakuumpumpe darstellen oder Teil einer größeren rotierenden Komponente sein. Die Rotorscheibe kann z.B. einteilig mit einer Rotorwelle ausgebildet sein oder einen mit der Rotorwelle verbundenen Tragring umfassen. Die Komponente der Vakuumpumpe kann auch durch ein glockenförmiges Rotororgan gebildet sein, beispielsweise durch einen Glockenrotor einer turbomolekularen Pumpstufe, welcher insbesondere eine oder mehrere Rotorscheiben der turbomolekularen Pumpstufe umfassen kann. According to an advantageous embodiment, the component is a rotor member of the vacuum pump, which is driven in rotation during the operation of the vacuum pump and preferably has a pump-active structure. For example, the component may comprise or consist of a rotor disk of a turbomolecular pumping stage of the vacuum pump. In this case, a particularly significant increase in the possible pump power and the life of the pump is achieved by the material described, since the rotor disks and in particular their blades during operation of the vacuum pump with high gas loads and conveying speeds are mechanically and thermally particularly heavily loaded. The rotor disk can represent an independent component of the vacuum pump or be part of a larger rotating component. The rotor disk may e.g. be integrally formed with a rotor shaft or comprise a support ring connected to the rotor shaft. The component of the vacuum pump can also be formed by a bell-shaped rotor element, for example by a bell-shaped rotor of a turbomolecular pumping stage, which can in particular comprise one or more rotor disks of the turbomolecular pumping stage.

Die Rotorscheibe umfasst als pumpaktive Struktur vorzugsweise mehrere Rotorschaufeln, die jeweils ganz oder teilweise aus dem beschriebenen Material bestehen und z.B. kranzförmig um einen Tragring der Rotorscheibe oder eine Rotorwelle herum angeordnet sind. Die Schaufeln weisen z.B. eine in radialer Richtung orientierte Längserstreckung und gegenüber der Drehrichtung angestellte Oberflächen auf, um einen in Förderrichtung, das heißt insbesondere senkrecht zur Scheibenebene, gerichteten Impuls an die Gasmoleküle abzugeben. The rotor disk preferably comprises as a pump-active structure a plurality of rotor blades, which in each case consist wholly or partly of the described material and e.g. are arranged in a ring around a support ring of the rotor disk or a rotor shaft around. The blades have e.g. a longitudinal extent oriented in the radial direction and surfaces set in relation to the direction of rotation in order to deliver a pulse directed in the conveying direction, that is in particular perpendicular to the plane of the pane, to the gas molecules.

Anstatt einer turbomolekularen Pumpstufe kann das Rotororgan auch Teil einer Holweck-Pumpstufe, Siegbahnpumpstufe, Seitenkanalpumpstufe oder Wälzkolbenpumpstufe sein und kann beispielsweise einen rotierenden Holweck-Zylinder darstellen. Ein Holweck-Zylinder weist vorzugsweise eine glatte zylindermantelförmige pumpaktive Fläche auf, die gegenüber einer Statorhülse rotiert, welche mit spiralförmigen Gewindenuten versehen ist, in denen das pumpend angetriebene Gas geführt wird. Ebenso ist es möglich, dass anstelle der Statorhülse die rotierende Holweck-Hülse ein Gewinde mit spiralförmigen Gewindenuten aufweist und z.B. gegenüber einer glatten Oberfläche der Statorhülse rotiert. Es ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der eine Rotorhülse gegenüber einer Statorhülse rotiert, wobei die einander gegenüberliegenden, insbesondere zylindermantelförmigen Oberflächen sowohl der Rotorhülse als auch der Statorhülse jeweils ein Gewinde mit spiralförmigen Nuten aufweisen, in denen das pumpwirksam angetriebene Gas strömt, wobei der Drehsinn des Gewindes der einen Hülse dem Drehsinn des Gewindes der anderen Hülse entgegengesetzt ist. Instead of a turbomolecular pumping stage, the rotor member may also be part of a Holweck pumping stage, Siegbahnpumpstufe, Seitenkanalpumpstufe or Roots pumping stage and may for example be a rotating Holweck cylinder. A Holweck cylinder preferably has a smooth cylindrical shell-shaped pump-active surface, which rotates with respect to a stator sleeve, which is provided with spiral-shaped thread grooves in which the pumping-driven gas is guided. It is also possible that, instead of the stator sleeve, the rotating Holweck sleeve has a thread with helical thread grooves and, for example, rotates with respect to a smooth surface of the stator sleeve. It is also an embodiment possible in which a rotor sleeve rotates relative to a stator, wherein the opposing, in particular cylinder jacket-shaped surfaces of both the rotor sleeve and the stator each having a thread with helical grooves in which the pump-effective driven gas flows, the direction of rotation the thread of a sleeve is opposite to the direction of rotation of the thread of the other sleeve.

Vorzugsweise ist die Pumpenkomponente durch ein Verfahren erhältlich, welches das mechanische Bearbeiten eines zumindest teilweise aus dem beschriebenen Material gebildeten Grundkörpers umfasst, welcher ein Halbzeug darstellen kann. Beispielsweise kann die Bearbeitung eine materialentfernende und insbesondere spanabhebende Bearbeitung umfassen. Trotz der hohen mechanischen Festigkeit des Materials kann dadurch eine Pumpenkomponente mit der gewünschten Geometrie und ggf. pumpaktiven Struktur hergestellt werden, ohne dass bei der Herstellung die Notwendigkeit einer plastischen Verformung des Materials und eine damit einhergehende Gefahr einer nachteiligen Veränderung des Materials besteht. Beispielsweise können die Rotorschaufeln einer Rotorscheibe einschließlich ihrer in Drehrichtung weisenden und gegenüber der Drehrichtung angestellten Oberflächen im Wesentlichen vollständig durch ein Material entfernendes Verfahren aus dem Grundkörper herausgearbeitet werden. Auf eine plastische Verformung des Grundkörpers kann bei der Herstellung der Pumpenkomponente dementsprechend sogar vollständig verzichtet werden. Preferably, the pump component is obtainable by a method which comprises the mechanical processing of a base body formed at least partially from the described material, which can represent a semifinished product. For example, the processing may include a material-removing and in particular machining. Despite the high mechanical strength of the material, this makes it possible to produce a pump component with the desired geometry and optionally pump-active structure, without the need for plastic deformation of the material during production and a concomitant risk of adverse changes in the material. By way of example, the rotor blades of a rotor disk, including their surfaces which point in the direction of rotation and are set in relation to the direction of rotation, can be machined from the basic body substantially completely by a material removing process. On a plastic deformation of the body can therefore be completely dispensed with in the preparation of the pump component accordingly.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Komponente für eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Rotorscheibe für eine Turbomolekularpumpe, welche ein Material umfasst oder daraus besteht, welches ein Metall und Nanopartikel, insbesondere Kohlenstoffnanoröhrchen, enthält. Die vorstehend in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe in Bezug auf die Komponente der Vakuumpumpe beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen und Vorteile stellen bei entsprechender Anwendung vorteilhafte Ausführungsformen und Vorteile der erfindungsgemäßen Komponente dar. The invention also relates to a component for a vacuum pump, in particular a rotor disk for a turbomolecular pump, which comprises or consists of a material which contains a metal and nanoparticles, in particular carbon nanotubes. The advantageous embodiments and advantages described above in connection with the vacuum pump according to the invention with respect to the component of the vacuum pump, when used appropriately, represent advantageous embodiments and advantages of the component according to the invention.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, oder einer Komponente für eine solche Vakuumpumpe. Das Verfahren umfasst, dass eine Komponente der Vakuumpumpe bzw. die Komponente zumindest teilweise aus einem Material hergestellt wird, welches ein Metall und Nanopartikel, insbesondere Kohlenstoffnanoröhrchen, enthält. Another object of the invention is a method for producing a vacuum pump, in particular a turbomolecular pump, or a component for such a vacuum pump. The method includes that a component of the vacuum pump or the component is at least partially made of a material containing a metal and nanoparticles, in particular carbon nanotubes.

Die Herstellung der Komponente aus einem Material, welches ein Metall und Nanopartikel enthält, führt zu einer Vakuumpumpe, welche dauerhaft und zuverlässig mit hohen Pumpleistungen und hohen Gaslasten betrieben werden kann und gleichzeitig eine hohe Betriebslebensdauer aufweist. Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vakuumpumpe durchgeführt werden. Die hierin in Bezug auf die erfindungsgemäße Vakuumpumpe sowie deren Herstellung bzw. Herstellbarkeit beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen und Vorteile stellen bei entsprechender Anwendung vorteilhafte Ausführungsformen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Durch das Verfahren wird folglich eine Vakuumpumpe mit einer Komponente mit vorteilhaften mechanischen und thermischen Eigenschaften geschaffen, wobei sich die Eigenschaften der Komponente der Vakuumpumpe sowie von dessen Material außerdem durch Beeinflussung der Verfahrensparameter einfach und gezielt einstellen lassen. The production of the component from a material containing a metal and nanoparticles leads to a vacuum pump which can be operated permanently and reliably with high pumping powers and high gas loads while having a long service life. The method can be carried out in particular for producing a vacuum pump according to the invention as described above. The advantageous embodiments and advantages described herein with respect to the vacuum pump according to the invention and its manufacture or manufacturability, when used appropriately, are advantageous embodiments and advantages of the method according to the invention. The method thus provides a vacuum pump with a component having advantageous mechanical and thermal properties. wherein the properties of the component of the vacuum pump and its material can also be adjusted easily and selectively by influencing the process parameters.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Bilden der Komponente eine mechanische Bearbeitung eines zumindest teilweise aus dem Material gebildeten Grundkörpers für die Komponente. Die Bearbeitung umfasst vorzugsweise eine materialentfernende und insbesondere spanabhebende Bearbeitung, wie beispielsweise Fräsen, Drehen, Schleifen, Sägen, Bohren oder Schneiden. Dadurch kann eine Pumpenkomponente mit der gewünschten Form hergestellt werden, ohne dass eine plastische Verformung des Materials erforderlich ist, so dass die vorteilhaften Eigenschaften des Materials nicht beeinträchtigt werden, wobei prinzipiell aber nicht ausgeschlossen ist, dass eine solche plastische Verformung erfolgt. According to an advantageous embodiment, the forming of the component comprises a mechanical processing of a body at least partially formed from the material for the component. The processing preferably comprises a material-removing and in particular machining, such as milling, turning, grinding, sawing, drilling or cutting. Thereby, a pump component can be produced with the desired shape, without plastic deformation of the material is required, so that the advantageous properties of the material are not impaired, but in principle is not excluded that such a plastic deformation takes place.

Beispielsweise kann aus dem Grundkörper mindestens eine Rotorscheibe für eine turbomolekulare Pumpstufe der Vakuumpumpe durch eine materialentfernende Bearbeitung herausgearbeitet werden, wobei bevorzugt die in Umlaufrichtung weisenden und gegenüber der Umlaufrichtung angestellten Oberflächen der Schaufeln der Rotorscheibe im Wesentlichen vollständig durch eine materialentfernende Bearbeitung herausgearbeitet werden. Der Grundkörper kann ursprünglich zum Beispiel eine längliche und insbesondere im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen, wobei z.B. ein scheibenförmiger Abschnitt des zylinderförmigen Grundkörpers abgeschnitten werden kann, aus dem dann die pumpaktive Schaufelstruktur der Rotorscheibe durch eine materialentfernende Bearbeitung herausgearbeitet wird. Der Grundkörper kann auch platten- oder blechförmig ausgebildet sein. For example, at least one rotor disk for a turbomolecular pumping stage of the vacuum pump can be machined out of the main body by material-removing machining, wherein preferably the surfaces of the blades of the rotor disk pointing in the direction of rotation and facing the direction of rotation are substantially completely closed by a rotor disk material removal processing be worked out. The main body may originally have, for example, an elongated and in particular substantially cylindrical shape, wherein, for example, a disc-shaped section of the cylindrical basic body can be cut off, from which the pump-active blade structure of the rotor disc is then machined by a material-removing machining. The main body may also be formed plate-shaped or sheet-shaped.

Aus dem Grundkörper kann auch ein Glockenrotor, insbesondere für eine turbomolekulare Pumpstufe, hergestellt werden, insbesondere durch eine materialentfernende Bearbeitung, wobei der Glockenrotor eine oder mehrere Rotorscheiben der turbomolekularen Pumpstufe umfassen kann. A bell rotor, in particular for a turbomolecular pump stage, can also be produced from the base body, in particular by a material-removing machining, wherein the bell rotor can comprise one or more rotor disks of the turbomolecular pump stage.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein pulverförmiger Verbundwerkstoff bereitgestellt, der ein Metall und Nanopartikel enthält und der durch ein pulvermetallurgisches Verfahren zu der Komponente oder zu einem Grundkörper für die Komponente verarbeitet wird. According to one embodiment, a powdered composite material is provided which contains a metal and nanoparticles and which is processed by a powder metallurgy process to the component or to a base for the component.

Die Verarbeitung des pulverförmigen Verbundwerkstoffs kann ein mechanisches Umformen umfassen, wobei dem Verbundwerkstoff vorzugsweise gleichzeitig Wärme zugeführt wird. Beispielsweise kann die Komponente bzw. deren Grundkörper aus dem pulverförmigen Verbundwerkstoff durch Strangpressen bzw. Extrudieren und/oder heißisostatisches Pressen hergestellt werden. Die in dem pulverförmigen Verbundwerkstoff enthaltenen Nanopartikel behindern dabei eine Bewegung der in dem Metall vorhandenen Versetzungen bzw. Gitterfehlern, so dass selbst bei Durchführung des Umformens unter Wärmzugabe eine hohe Versetzungsdichte und entsprechend hohe Festigkeit des aus dem Pulver erzeugten Materials sichergestellt wird. The processing of the powdered composite material may include mechanical forming, wherein heat is preferably simultaneously supplied to the composite material. For example, the component or its basic body can be produced from the powdered composite material by extrusion or / and hot isostatic pressing. The nanoparticles contained in the powdered composite material hinder movement of the dislocations or lattice defects present in the metal, so that a high dislocation density and correspondingly high strength of the material produced from the powder is ensured even when performing the forming with heat addition.

Vorzugsweise umfasst das Bereitstellen des pulverförmigen Verbundwerkstoffs ein mechanisches Legieren eines Metallpulvers mit Nanopartikeln. Bevorzugt ist der verwendete pulverförmige Verbundwerkstoff nach einem der in den vorstehend zitierten Offenlegungsschriften der Firma Bayer International SA als erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren erhältlich bzw. wird nach einem dort beschriebenen Verfahren hergestellt. Preferably, providing the powdered composite comprises mechanically alloying a metal powder with nanoparticles. The powdered composite material used is preferably obtainable according to one of the processes described in the above-cited Bayer International SA publications as a process according to the invention or is prepared by a process described therein.

Insbesondere wird das mechanische Legieren derart durchgeführt, dass in dem pulverförmigen Verbundwerkstoff das Metall eine mittlere Korngröße bzw. Kristallitgröße zwischen 1 und 200 nm aufweist, wobei die Körner bzw. Kristallite des Metalls durch die Nanopartikel zumindest teilweise voneinander getrennt sind. In particular, the mechanical alloying is performed such that in the powdery composite material, the metal has a mean grain size or crystallite size between 1 and 200 nm, wherein the grains of the metal are at least partially separated by the nanoparticles.

Das mechanische Legieren umfasst vorzugsweise ein Mahlen, insbesondere ein hochenergetisches Mahlen, welches z.B. unter Verwendung einer Kugelmühle mit einer Mahlkammer und darin frei beweglichen Kugeln als Mahlkörpern durchgeführt werden kann. Das mechanische Legieren kann ein wiederholtes Deformieren, Brechen und Zusammenschweißen der an der Legierung beteiligten Pulverpartikel umfassen. Die Mühle kann mit einer Drehzahl zwischen 350 und 1000 U/min, bevorzugt zwischen 500 und 800 U/min betrieben werden und die Mahlkammer kann in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse einen Durchmesser von zwischen 250 und 1000 mm, bevorzugt etwa 500 mm aufweisen. Die Kugeln können auf eine Geschwindigkeit von wenigstens 5 m/s, bevorzugt wenigstens 8 m/s und ferner bevorzugt wenigstens 11 m/s beschleunigt werden. Die Mahldauer kann zwischen 45 und 240 Minuten, bevorzugt zwischen 90 und 120 Minuten betragen. Durch die Mahlwirkung lässt sich die Korngröße des Metalls verringern und gleichzeitig eine innige Verbindung zwischen dem Metall und den Nanopartikeln in herstellen. Die Nanopartikel können dabei so mit dem Metallmaterial verbunden werden, dass sie Körner des Metalls zumindest teilweise voneinander trennen oder teilweise sogar in die Körner des Metalls eingebracht werden. The mechanical alloying preferably comprises grinding, in particular high-energy milling, which is carried out, for example. can be performed using a ball mill with a grinding chamber and freely movable balls as grinding bodies. Mechanical alloying may involve repeated deforming, breaking and welding together of the powder particles involved in the alloy. The mill may be operated at a speed of between 350 and 1000 rpm, preferably between 500 and 800 rpm, and the grinding chamber may have a diameter of between 250 and 1000 mm, preferably approximately 500 mm, in the plane perpendicular to the axis of rotation. The balls may be accelerated to a speed of at least 5 m / s, preferably at least 8 m / s and more preferably at least 11 m / s. The grinding time can be between 45 and 240 minutes, preferably between 90 and 120 minutes. The grinding action can reduce the grain size of the metal and at the same time establish an intimate bond between the metal and the nanoparticles. In this case, the nanoparticles can be joined to the metal material in such a way that they at least partially separate grains of the metal from each other, or even partially introduce them into the grains of the metal.

Die Nanopartikel liegen vor dem mechanischen Legieren vorzugsweise in der Form eines Pulvers aus Agglomeraten von Nanopartikeln vor, insbesondere aus Büscheln oder Knäulen von miteinander verworrenen bzw. verhedderten Kohlenstoffnanoröhrchen. Dadurch lässt sich die Handhabbarkeit der Nanopartikel deutlich erhöhen und die für die Handhabung notwendigen Sicherheitsvorkehrungen vereinfachen. Vorzugsweise haben wenigstens 95 % der Agglomerate eine Größe von mehr als 100 µm. The nanoparticles are preferably present in the form of a powder of agglomerates of nanoparticles prior to mechanical alloying, in particular of tufts or bumps of tangled or entangled carbon nanotubes. As a result, the manageability of the nanoparticles can be significantly increased and simplify the necessary safety precautions for handling. Preferably, at least 95% of the agglomerates have a size greater than 100 microns.

Vorzugsweise werden die für das mechanische Legieren vorgesehenen Nanopartikel durch eine katalytische chemische Gasphasenabscheidung bzw. Catalytic Chemical Vapor Deposition, CCVD, hergestellt. Insbesondere können die Partikel durch ein z.B. in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführtes Wirbelschichtverfahren erzeugt werden. Beispielhafte Verfahren zur Herstellung entsprechender Nanopartikel bzw. von Büscheln von Nanopartikeln sind in den vorstehend genannten Veröffentlichungen der Firma Bayer Technologies SA sowie in DE 10 2007 044 031 A1 beschrieben. Die dort beschriebenen Verfahren führen zu Kohlenstoffnanoröhrchen vom Multi-Scroll-Typ, welche aufgrund ihrer gekrümmten und kurvigen Längsform in besonders günstiger Weise die vorstehend beschriebenen zusammenhängenden Büschel bzw. Knäuel bilden. Beispielsweise können Baytubes^® verwendet werden. The nanoparticles intended for mechanical alloying are preferably produced by a catalytic chemical vapor deposition or CCVD. In particular, the particles can be produced by a fluidized bed process, for example carried out in a fluidized bed reactor. Exemplary methods for producing corresponding nanoparticles or tufts of nanoparticles are described in the abovementioned publications by Bayer Technologies SA and in US Pat DE 10 2007 044 031 A1 described. The methods described there lead to carbon nanotubes of multi-scroll type, which form due to their curved and curvilinear longitudinal shape in a particularly favorable manner, the contiguous tufts or balls described above. For example, Baytubes ^® can be used.

Vor dem mechanischen Legieren können die Kohlenstoffnanoröhrchen funktionalisiert werden, was eine Druckbeaufschlagung der Kohlenstoffnanoröhrchen derart umfassen kann, dass zumindest die äußerste Graphenlage wenigstens eines Teils der Kohlenstoffröhrchen aufbricht. Die Büschel können dabei mit einem Druck von wenigstens 5 MPa und bevorzugt wenigstens 7,5 MPa beaufschlagt werden. Prior to mechanical alloying, the carbon nanotubes may be functionalized, which may include pressurizing the carbon nanotubes such that at least the outermost graphene layer of at least a portion of the carbon tubes ruptures. The tufts can be subjected to a pressure of at least 5 MPa and preferably at least 7.5 MPa.

Das bei dem mechanischen Legieren verwendete Metallpulver kann beispielsweise durch Zerstäuben einer Metallschmelze hergestellt werden. Vor oder nach der Herstellung des Pulvers kann eine Mischkristallverfestigung des Metalls erfolgen. The metal powder used in the mechanical alloying can be produced by, for example, sputtering a molten metal. Before or after the production of the powder, solid solution hardening of the metal can take place.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vakuumpumpe oder eine Komponente einer Vakuumpumpe, die nach dem hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist. Die vorstehend in Bezug auf das Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen und Vorteile stellen bei entsprechender Anwendung vorteilhafte Ausführungsformen und Vorteile der nach dem Verfahren erhältlichen Vakuumpumpe bzw. Komponente dar. Another object of the invention is a vacuum pump or a component of a vacuum pump, which is obtainable by the inventive method described herein. The advantageous embodiments and advantages described above in relation to the method, when used appropriately, represent advantageous embodiments and advantages of the vacuum pump or component obtainable by the method.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen: Hereinafter, the present invention will be described by way of example with reference to an advantageous embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt, 1 a vacuum pump according to an embodiment of the invention in longitudinal section,

2 einen Teil der in 1 gezeigten Vakuumpumpe in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht, 2 a part of in 1 shown vacuum pump in a partially sectioned perspective view,

3 einen Wirbelschichtreaktor zu Verwendung in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 3 a fluidized bed reactor for use in a method according to an embodiment of the invention,

4 eine geschnittene, perspektivische Ansicht eines mit dem Reaktor von 3 hergestellten Kohlenstoffnanoröhrchens, 4 a cut, perspective view of one with the reactor of 3 manufactured carbon nanotube,

5 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers zur Verwendung in dem Verfahren, 5 an apparatus for producing a metal powder for use in the method,

6 eine Kugelmühle zur Verwendung in dem Verfahren, und 6 a ball mill for use in the method, and

7 einen Grundkörper zur Herstellung einer Komponente einer Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 7 a main body for producing a component of a vacuum pump according to an embodiment of the invention.

1 zeigt eine als Turbomolekularpumpe ausgebildete Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das mehrteilige Gehäuse 10 der Vakuumpumpe umfasst an seiner Hochvakuumseite einen Flansch 12, mit dem die Vakuumpumpe an eine zu evakuierende Vakuumkammer anschließbar ist. Der Flansch 12 umgibt die Ansaugöffnung 14, durch welche die Vakuumpumpe Gas ansaugt. 1 shows a formed as a turbomolecular pump vacuum pump according to an embodiment of the invention. The multi-part housing 10 the vacuum pump comprises a flange on its high-vacuum side 12 with which the vacuum pump can be connected to a vacuum chamber to be evacuated. The flange 12 surrounds the intake opening 14 through which the vacuum pump sucks gas.

Die Vakuumpumpe umfasst einen Rotor mit einer um eine Rotationsachse 16 der Vakuumpumpe drehbar gelagerten Rotorwelle 18, welche durch einen elektromotorischen Antrieb drehend antreibbar ist. Der Antrieb umfasst eine statorseitige Antriebsspule 20 und einen rotorseitigen Antriebsmagneten 22. Die Rotorwelle 18 ist durch zwei in Richtung der Rotationsachse 16 voneinander beabstandete, als Wälzlager ausgebildete Drehlager 24, 26 drehbar gelagert. Anstelle oder zusätzlich zu dem näher an der Ansaugöffnung 14 gelegenen Drehlager 26 könnte auch ein Permanentmagnetlager vorgesehen sein, welches im Bereich der Ansaugöffnung 14 der Pumpe angeordnet sein kann und schmiermittelfrei ausgebildet sein kann, um eine Verschmutzung der Vakuumkammer zu vermeiden. The vacuum pump includes a rotor having one about an axis of rotation 16 the vacuum pump rotatably mounted rotor shaft 18 , which is driven in rotation by an electric motor drive. The drive comprises a stator-side drive coil 20 and a rotor-side drive magnet 22 , The rotor shaft 18 is through two in the direction of the axis of rotation 16 spaced from each other, designed as a rolling bearing pivot bearing 24 . 26 rotatably mounted. Instead of or in addition to the closer to the suction port 14 located pivot bearing 26 could also be provided a permanent magnetic bearing, which in the region of the suction port 14 the pump may be arranged and may be formed lubricant-free in order to avoid contamination of the vacuum chamber.

Die Rotorwelle 18 trägt mehrere in radialer Richtung orientierte und mit Rotorschaufeln 28 versehene Rotorscheiben 30, die zwischen den an dem Gehäuse 10 festgelegten und ebenfalls mit Schaufeln versehenen Statorscheiben 32 angeordnet sind und sich mit diesen in axialer Richtung abwechseln. Die Rotor- und Statorscheiben 30, 32 bilden einen turbomolekularen Pumpenmechanismus, dessen Pumpwirkung das durch die Ansaugöffnung 14 angesaugte Gas zu dem Pumpenauslass 34 fördert. In Strömungsrichtung zwischen der Turbomolekularpumpstufe und dem Auslass 34 können prinzipiell noch weitere, insbesondere molekulare Pumpstufen, wie beispielsweise eine oder mehrere Holweck-Pumpstufen, Siegbahnpumpstufen oder Seitenkanalpumpstufen, vorgesehen sein, um ein gewünschtes Leistungsverhalten der Pumpe zu gewährleisten. The rotor shaft 18 carries several radially oriented and with rotor blades 28 provided rotor disks 30 between the on the case 10 fixed and also provided with blades stator discs 32 are arranged and alternate with these in the axial direction. The rotor and stator discs 30 . 32 form a turbomolecular pump mechanism, the pumping action of which through the suction port 14 sucked gas to the pump outlet 34 promotes. In the flow direction between the turbomolecular pumping stage and the outlet 34 In principle, further, in particular molecular pumping stages, such as, for example, one or more Holweck pumping stages, Siegbahnpumpstufen or Seitenkanalpumpstufen, be provided in order to ensure a desired performance of the pump.

2 zeigt einen Teil der Vakuumpumpe von 1 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Darstellung. Dargestellt ist eine Rotorscheibe 30 mit einem an der Rotorwelle 18 (1) anzubringenden Tragring 36 und radial von dem Tragring 36 abstehenden Schaufeln 28, welche gegenüber der tangential zu der Rotationsachse 16 gerichteten Drehrichtung angestellte Oberflächen 40 umfassen, um einen in Förderrichtung gerichteten Impuls an die geförderten Gasmoleküle zu übertragen. 2 shows a part of the vacuum pump of 1 in a partially sectioned perspective view. Shown is a rotor disk 30 with one on the rotor shaft 18 ( 1 ) to be attached support ring 36 and radially from the support ring 36 protruding blades 28 which is opposite to the tangential to the axis of rotation 16 Directed direction of rotation employed surfaces 40 include to transmit a directionally directed impulse to the pumped gas molecules.

Die Rotorscheibe 30 ist in einem Stück aus einem Grundkörper herausgefräst und besteht aus einem Material, welches eine mit Kohlenstoffnanoröhrchen versetzte Aluminiumlegierung umfasst. Dadurch wird eine hohe Betriebslebensdauer der Vakuumpumpe auch bei hohen Gaslasten und Pumpleistungen gewährleistet. The rotor disk 30 is milled in one piece from a body and is made of a material comprising a carbon nanotube staggered aluminum alloy. This ensures a long operating life of the vacuum pump even with high gas loads and pumping power.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 3 bis 7 beschrieben. Hereinafter, a method of manufacturing a vacuum pump according to an embodiment of the invention will be described with reference to FIG 3 to 7 described.

3 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 42 zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen durch katalytische chemische Gasphasenabscheidung, CCVD, als Ausgangsmaterial für das Verfahren. Der Reaktor 42 wird durch eine Heizvorrichtung 44 beheizt. Der Reaktor 42 weist an seinem unteren Ende einen Einlass 46 zur Zuführung von Inertgasen und Reaktandengasen, eine obere Auslassöffnung 48 für das Entweichen von Stickstoff, Inertgas und Nebenprodukten des Reaktors 42, einen Katalysatoreinlass 50 zur Zuführung eines Katalysators und eine Entnahmeöffnung zur Entnahme der hergestellten Kohlenstoffnanoröhrchen auf. 3 shows a fluidized bed reactor 42 for the production of carbon nanotubes by catalytic chemical vapor deposition, CCVD, as a starting material for the process. The reactor 42 is through a heater 44 heated. The reactor 42 has an inlet at its lower end 46 for supplying inert gases and reactant gases, an upper outlet opening 48 for the escape of nitrogen, inert gas and by-products of the reactor 42 , a catalyst inlet 50 for supplying a catalyst and a removal opening for removal of the produced carbon nanotubes.

Zur Herstellung der Nanoröhrchen wird zunächst Stickstoff als Inertgas über den unteren Einlass 46 zugeführt und der Reaktor 42 durch die Heizvorrichtung 44 auf eine Temperatur von etwa 650 °C aufgeheizt. Danach wird der Katalysator in Form von Partikel-Agglomeraten 54 mit einer Partikelgröße zwischen 30 und 100 µm durch den oberen Einlass 50 zugeführt, wobei es sich vorzugsweise um einen Übergangsmetallkatalysator auf der Basis von Cobalt oder Mangan handelt und das molare Massenverhältnis von Cobalt zu Mangan z.B. zwischen 2:3 und 3:2 liegt. Als nächstes wird der gasförmige Reaktand 56 über den unteren Einlass 46 zugeführt, welcher ein Kohlenwasserstoffgas als Kohlenstoffspender und ein Inertgas umfasst. Das Verhältnis von Reaktandengas zu Inertgas kann etwa 9:1 betragen. To produce the nanotubes, nitrogen is first introduced as an inert gas via the lower inlet 46 fed and the reactor 42 through the heater 44 heated to a temperature of about 650 ° C. Thereafter, the catalyst is in the form of particle agglomerates 54 with a particle size between 30 and 100 μm through the upper inlet 50 which is preferably a transition metal catalyst based on cobalt or manganese and the molar mass ratio of cobalt to manganese is, for example, between 2: 3 and 3: 2. Next is the gaseous reactant 56 over the lower inlet 46 which comprises a hydrocarbon gas as a carbon donor and an inert gas. The ratio of reactant gas to inert gas may be about 9: 1.

Bei dem Wirbelschichtverfahren wird an den Katalysatorpartikeln Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffnanoröhrchen mit einer Multi-Scroll-Struktur mit einer gekrümmten kurvigen Längsform abgeschieden, wobei eine Vielzahl der Röhrchen zusammenhängende Büschel bzw. Knäuel mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 0,05 und 5 mm bilden, die als Pulver über die Entnahmeöffnung 52 entnommen werden können. In the fluidized bed process, carbon is deposited on the catalyst particles in the form of carbon nanotubes having a multi-scroll structure with a curved longitudinal curvature, with a plurality of tubes forming contiguous tufts with an average diameter between 0.05 and 5 mm as a powder over the removal opening 52 can be removed.

4 zeigt einen Ausschnitt eines in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten, quergeschnittenen Kohlenstoffnanoröhrchens. Das Kohlenstoffnanoröhrchen umfasst mehrere in 4 nur schematisch dargestellte Graphenlagen 58, die zur Bildung des röhrenförmigen Querschnitts ineinander gerollt sind. Aufgrund dieser Querschnittsform nehmen die Röhrchen einen die Bildung von Knäueln begünstigenden kurvigen bzw. gekrümmten Verlauf an und gehen bei der späteren Verarbeitung eine besonders innige Verbindung mit dem Metallmaterial ein. 4 shows a section of a cross-cut carbon nanotube prepared in the manner described above. The carbon nanotube includes several in 4 only schematically illustrated graphene layers 58 , which are rolled into each other to form the tubular cross section. Because of this cross-sectional shape, the tubes assume a curvilinear or curved course, which promotes the formation of balls, and enter into a particularly intimate connection with the metal material during later processing.

Die entnommenen Knäuel werden durch eine Druckbeaufschlagung mit etwa 9,8 MPa funktionalisiert. Durch die Druckbeaufschlagung brechen zumindest die äußersten Lagen 58 der einzelnen Kohlenstoffnanoröhrchen teilweise auf, wodurch deren Oberfläche gewissermaßen aufgerauht wird und eine noch innigere Verbindung mit dem Metall ermöglicht wird. The removed balls are functionalized by pressurization at about 9.8 MPa. By the pressurization break at least the outermost layers 58 the individual carbon nanotube partially, whereby the surface is roughened as it were and an even more intimate connection with the metal is made possible.

5 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers. Die Vorrichtung umfasst eine Schmelzkammer 60, die eine geschmolzene Aluminiumlegierung enthält. Das Metall wird durch den Druck eines Argon-Antriebsgases 62 durch eine Düse 64 in eine Kammer 66 gesprüht und dabei zerstäubt. In der Kammer 66 wird das zerstäubte Metall durch ein Argongas abgeschreckt, das durch eine weitere Düse 68 in die Kammer 66 gesprüht wird, wobei die zerstäubten Metalltropfen zu Partikeln verfestigt werden, die sich an dem Boden der Kammer 66 als Metallpulver sammeln. 5 shows an apparatus for producing a metal powder. The device comprises a melting chamber 60 containing a molten aluminum alloy. The metal is created by the pressure of an argon drive gas 62 through a nozzle 64 in a chamber 66 sprayed and thereby atomized. In the chamber 66 The atomized metal is quenched by argon gas passing through another nozzle 68 in the chamber 66 is sprayed, wherein the atomized metal droplets are solidified into particles that are at the bottom of the chamber 66 collect as metal powder.

6 zeigt eine Kugelmühle zum mechanischen Legieren des in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Pulvers aus Kohlenstoffnanoröhrchen mit dem Metallpulver. Die Mühle umfasst eine Kammer 70, in der ein Rotor um eine senkrecht zur Zeichenebene orientierte Rotationsachse in Richtung eines Pfeils 76 drehend antreibbar ist. Der Rotor umfasst mehrere in Achsenrichtung hintereinander angeordnete Paare von Armen 72, wobei die äußeren Enden der Arme 72 während des Betriebs eine Geschwindigkeit von wenigstens 8 m/s oder wenigstens 11 m/s erreichen können, wodurch die in der Kammer 70 vorgesehenen harten Metallkugeln 74 entsprechend beschleunigt werden. 6 shows a ball mill for mechanically alloying the powder of carbon nanotube prepared in the above-described manner with the metal powder. The mill includes a chamber 70 in which a rotor is oriented about an axis of rotation oriented perpendicular to the plane of the drawing in the direction of an arrow 76 is rotationally drivable. The rotor includes a plurality of axially spaced pairs of arms 72 where the outer ends of the arms 72 during operation can reach a speed of at least 8 m / s or at least 11 m / s, thereby reducing the in the chamber 70 provided hard metal balls 74 be accelerated accordingly.

Zur Herstellung der mechanischen Legierung wird die Kammer 70 mit dem Pulver aus den Knäueln von Kohlenstoffnanoröhrchen und dem Metallpulver gefüllt. Während des Mahlens führen die Stöße zwischen den Kugeln 74 dazu, dass das zwischen den Kugeln 74 vorhandene Material, d.h. die Metallpartikel und die Kohlenstoffnanoröhrchen, wiederholt verformt, gebrochen und miteinander verschweißt werden, so dass die Kohlenstoffnanoröhrchen in den Metallpartikeln eingeschweißt werden und ein pulverförmiger Verbundwerkstoff resultiert, dessen Partikel das Metall und die Kohlenstoffnanoröhrchen enthalten. Das Metall und die Kohlenstoffnanoröhrchen sind in den Partikeln miteinander verschweißt und bilden eine Legierung, wobei sich eine im Wesentlichen homogene Verteilung der Kohlenstoffnanoröhrchen in den metallischen Partikeln ergibt. Die Korngröße des Metalls wird durch das Mahlen verringert und die Kohlenstoffnanoröhrchen werden so in das Metall eingebettet, dass sich diese entlang der Korngrenzen des Metalls erstrecken oder auch innerhalb von Metallkörnern eingebettet sind. To make the mechanical alloy, the chamber 70 filled with the powder of the balls of carbon nanotubes and the metal powder. During grinding, the bumps between the balls 74 to that between the balls 74 existing material, ie the metal particles and the carbon nanotubes, repeatedly deformed, broken and welded together, so that the carbon nanotubes are sealed in the metal particles and results in a powdery composite whose particles contain the metal and the carbon nanotubes. The metal and carbon nanotubes are welded together in the particles and form an alloy, resulting in a substantially homogeneous distribution of the carbon nanotubes in the metallic particles. The grain size of the metal is reduced by the milling and the carbon nanotubes are embedded in the metal so that they extend along the grain boundaries of the metal or embedded within metal grains.

Aus dem resultierenden pulverförmigen Verbundwerkstoff wird durch ein pulvermetallurgisches Verfahren wie z.B. durch Strangpressen ein fester Körper erzeugt, welcher als Grundkörper für die Rotorscheiben der Vakuumpumpe dient. From the resulting powdery composite material, a solid body is produced by a powder metallurgy process such as by extrusion, which serves as a base body for the rotor disks of the vacuum pump.

7 zeigt einen auf diese Weise hergestellten, im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper 78. Zur Herstellung einer Rotorscheibe kann eine der scheibenförmigen Grundform der Rotorscheibe entsprechende Scheibe von dem Grundkörper 78 abgeschnitten werden, die dann durch Ausfräsen eines Tragrings und der sich daran radial anschließenden Schaufeln zu einer Rotorscheibe verarbeitet werden kann. Anstatt einer einzelnen Rotorscheibe könnte z.B. auch ein Glockenrotor hergestellt werden. 7 shows a manufactured in this way, substantially cylindrical body 78 , To produce a rotor disk, one of the disk-shaped basic shape of the rotor disk can be a corresponding disk of the main body 78 be cut off, which can then be processed by milling a support ring and the radially adjoining blades to a rotor disk. Instead of a single rotor disk, for example, a bell rotor could be produced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Gehäuse casing
12 12: Flansch flange
14 14: Ansaugöffnung suction
16 16: Rotationsachse axis of rotation
18 18: Rotorwelle rotor shaft
20 20: Antriebsspule drive coil
22 22: Antriebsmagnet Impeller
24, 26 24, 26: Drehlager pivot bearing
28 28: Rotorschaufel rotor blade
30 30: Rotorscheibe rotor disc
32 32: Statorscheibe stator
34 34: Pumpenauslass pump outlet
36 36: Tragring support ring
40 40: angestellte Oberfläche hired surface
42 42: Wirbelschichtreaktor Fluidized bed reactor
44 44: Heizvorrichtung heater
46 46: Einlass inlet
48 48: Auslassöffnung outlet
50 50: Katalysatoreinlass catalyst inlet
52 52: Entnahmeöffnung removal opening
54 54: Katalysator-Partikelagglomerat Catalyst Partikelagglomerat
56 56: Reaktand reactant
58 58: Graphenlage graphene layer
60 60: Schmelzkammer melting chamber
62 62: Antriebsgas drive gas
64 64: Düse jet
66 66: Kammer chamber
68 68: Düse jet
70 70: Kammer chamber
72 72: Arm poor
74 74: Kugel Bullet
76 76: Pfeil arrow
78 78: Grundkörper body

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6095754 A [0004]
WO 2007/125104 A1 [0004]
DE 102007044031 A1 [0023, 0048]
WO 2010/091790 A1 [0029, 0029, 0029, 0029]
WO 2010/091704 A1 [0029]
WO 2010/102655 A2 [0029]
WO 2010/091789 A1 [0029]
WO 2010/091791 A1 [0029]
WO 2011/032791 A1 [0029]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN EN 573-1,2,3 [0016]
EN AW-5083 [0016]
EN AW-2618A [0016]
Iijima, Nature 354, 56-58, 1991 and Bacon, Journal of Applied Physics 34, 1960, 283-90 [0022]

Claims

Vacuum pump, characterized in that at least one component ( 30 ) the vacuum pump comprises or consists of a material which contains a metal and nanoparticles, in particular carbon nanotubes.

Vacuum pump according to claim 1, characterized in that a stator and at least one rotor member ( 30 ) are provided, wherein the rotor member ( 30 ) is rotatably mounted relative to the stator.

Vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that the metal comprises a light metal such as aluminum and in particular an aluminum alloy of the type 5083 or 2618.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the material contains between 0.5 to 10 wt .-%, preferably between 1 and 9 wt .-% and further preferably between 2 and 4 wt .-% nanoparticles.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the metal forms grains having an average particle size between 1 and 400 nm, in particular between 1 and 200 nm, wherein preferably the grains are at least partially separated from one another by the nanoparticles.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the nanoparticles have an aspect ratio of at least 3, preferably at least 10 and more preferably at least 30.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that there are provided as nanoparticles carbon nanotubes which have a scroll structure with a plurality of rolled-up graphite layers, each graphite layer comprising two or more graphene layers (FIG. 58 ).

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the material is obtainable by a powder metallurgy process from a powdery composite material containing a metal and nanoparticles, wherein the powdery composite material is preferably obtainable by mechanical alloying of a metal powder with nanoparticles.

Vacuum pump according to one of the preceding claims, characterized in that the component is a rotor member of the vacuum pump and in particular a rotor disk ( 30 ) comprises or consists of a turbomolecular pumping stage of the vacuum pump.

Vacuum pump according to claim 9, characterized in that the rotor disk ( 30 ) several rotor blades ( 28 ), each consisting entirely or partially of the material.

Method for producing a vacuum pump, in particular according to one of the preceding claims, which comprises that at least one component ( 30 ) of the vacuum pump is at least partially made of a material containing a metal and nanoparticles, in particular carbon nanotubes.

A method according to claim 11, characterized in that the forming of the component ( 30 ) a mechanical processing of an at least partially formed from the material body ( 78 ) for the component, wherein the processing in particular comprises a material-removing processing.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that a powdered composite material is provided, which contains a metal and nanoparticles, and the powdery composite material by a powder metallurgy process to the component or a base body for the component ( 30 ) is processed.

A method according to claim 13, characterized in that the provision of the powdery composite material comprises a mechanical alloying of a metal powder with nanoparticles, wherein the alloying is carried out in particular such that in the powdered composite material, the metal has a mean grain size between 1 and 200 nm, wherein the Grains of the metal are at least partially separated by the nanoparticles.

Vacuum pump, obtained or obtainable by a process according to one of claims 11 to 14.