DE10217277A1 - Process for the metallic inner coating of hollow bodies, especially nozzle pipe elements, comprises treating the hollow body surfaces by annealing, and thermally treating after or during application of the metallic coating - Google Patents

Process for the metallic inner coating of hollow bodies, especially nozzle pipe elements, comprises treating the hollow body surfaces by annealing, and thermally treating after or during application of the metallic coating

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Abstract

Process for the metallic inner coating of hollow bodies, especially nozzle pipe elements, made from metallic or ceramic material comprises treating the hollow body surfaces to be coated by annealing at 600-1200 degrees C but below the melting point of the hollow body material in a vacuum of more than 10-3 after cleaning the surfaces and before coating, and thermally treating at temperatures above the recrystallization temperature and below the melting temperature of the metallic coating in a vacuum or non-oxidizing temperature after or during application of the metallic coating.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur metallischen Innenbeschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Strahlrohrelementen, aus metallischen oder keramischen Werkstoffen mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 600°C, wobei die Innenflächen der Strahlrohrelemente gereinigt und dann metallisch beschichtet werden. The present invention relates to a method for the metallic inner coating of Hollow bodies, in particular of jet pipe elements, made of metallic or ceramic Materials with a melting point above 600 ° C, the inner surfaces of the Jet pipe elements cleaned and then coated metallic.

Strahlrohre werden in Beschleunigeranlagen der Hochenergiephysik verwendet, in denen hochenergetische Teilchen, z. B. Elektronen, beschleunigt und in Kollisionszonen auf andere Teilchen gelenkt werden, z. B. auf entgegengesetzt umlaufende Positronen. Die zu Paketen gebündelten Elektronen (Bunche) durchlaufen in einem Beschleuniger magnetisch-optische Elemente innerhalb eines metallischen, gut evakuierten Strahlrohrs. Dabei werden sie von an der Innenoberfläche des Strahlrohrs elektromagnetisch induzierten Spiegelströmen begleitet. Die resistiven Verluste der Spiegelströme belasten thermisch die exponierten Elemente des Beschleunigers und beeinflussen über die entstehende, elektromagnetische Wechselwirkung auch die Qualität der Elektronenpakete negativ. Daher ist es erforderlich, diese Verluste über die optimale Gestaltung einer möglichst glatten und elektrisch sehr gut leitenden Innenoberfläche des Strahlrohrs zu minimieren. Dies geschieht durch eine Innenbeschichtung, d. h. das Aufbringen einer haftfesten, möglichst glatten und gut leitenden Schicht auf der Innenfläche der Strahlrohrelemente. Bisher wurden die Innenoberflächen der Strahlrohre nach bekannten Verfahren galvanisch verkupfert, wobei auf solche Verfahren, auf denen der Oberbegriff von Patentanspruch 1 basiert, unten noch weiter eingegangen wird. Die so hergestellten Schichten haben jedoch Nachteile, z. B. erreichen sie nicht die elektrische Leitfähigkeit von reinem Kupfer und weisen meistens Haftungsfehler durch Verunreinigungen und Einschlüsse auf. Beam tubes are used in high-energy physics accelerator plants in which high energy particles, e.g. B. electrons, accelerated and in collision zones on others Particles are directed, e.g. B. on oppositely rotating positrons. The packages Bundled electrons (bunches) pass through magnetic-optical in an accelerator Elements within a metallic, well-evacuated jet pipe. In doing so, they are from accompanies the inner surface of the jet pipe electromagnetically induced mirror currents. The resistive losses of the mirror currents thermally stress the exposed elements of the Accelerator and influence on the resulting electromagnetic interaction also the quality of the electron packets negative. Therefore, it is necessary to overcome these losses the optimal design of a smooth and electrically very good conductive To minimize the inside surface of the nozzle. This is done by an inner coating, i. H. the Apply an adherent, smooth and highly conductive layer on the inner surface the jet pipe elements. So far, the inner surfaces of the jet pipes have been known Processes galvanically copper-plated, with such processes on which the preamble of Claim 1 based, will be discussed below. The layers produced in this way however have disadvantages, e.g. B. they do not achieve the electrical conductivity of pure Copper and mostly have liability defects due to contamination and inclusions.

Die Eindringtiefe der Spiegelströme in der Innenoberfläche der Vakuumröhre hängt von der Frequenz und damit von der Länge der Elektronenpakete ab. Bei einer Variation der Paketlänge von 5 cm bis 50 µm liegen die Frequenzen der Spiegelströme und deren Oberwellen oberhalb von 6 MHz bzw. entsprechend 6 THz. Der Variationsbereich der Frequenzen f lässt sich aus der Wellenlänge λ (5 bzw. 5.10-3 cm) und der Lichtgeschwindigkeit c = 3.1010 cm/s über die Beziehung f = c/λ berechnen. The penetration depth of the mirror currents in the inner surface of the vacuum tube depends on the frequency and thus on the length of the electron packets. With a variation of the packet length of 5 cm to 50 µm, the frequencies of the mirror currents and their harmonics are above 6 MHz or corresponding to 6 THz. The range of variation of the frequencies f can be calculated from the wavelength λ (5 or 5.10 -3 cm) and the speed of light c = 3.10 10 cm / s using the relationship f = c / λ.

Die Eindringtiefe δ sowie die Verlustleistung N der Spiegelströme hängt von der Wurzel der Frequenz f der elektromagnetischen Welle und der spezifischen, elektrischen Leitfähigkeit σ des Oberflächenmaterials ab:


The penetration depth δ and the power loss N of the mirror currents depend on the root of the frequency f of the electromagnetic wave and the specific electrical conductivity σ of the surface material:


Nach Gleichung (1) beträgt die Eindringtiefe in Kupfer (σ = 58 m/Ω.mm2) bei 6 THz nur 0,028 µm bzw. 28 nm. Danach muss die Rauhigkeit der Oberfläche besser als dieser Wert sein. Aus den Gleichungen (1) und (2) ist nunmehr ersichtlich, dass zur Reduktion der Oberflächenverluste neben einer hohen elektrischen Leitfähigkeit eine sehr glatte Innenoberfläche erforderlich ist. According to equation (1), the penetration depth in copper (σ = 58 m / Ω.mm 2 ) at 6 THz is only 0.028 µm or 28 nm. The surface roughness must then be better than this value. It can now be seen from equations (1) and (2) that in addition to a high electrical conductivity, a very smooth inner surface is required to reduce the surface losses.

In modernere Beschleunigern mit supraleitenden Komponenten, bei denen die Temperatur der Vakuumrohre meistens unterhalb 4°K liegt, verlangt man eine noch größere, elektrische Oberflächenleitfähigkeit, um kostspielige Leistungsverluste unter kryogenischen Bedingungen zu vermeiden. Bei diesen Temperaturen wird meistens eine Oberflächenleitfähigkeit verlangt, die bis zu einem Faktor 300 größer als die Leitfähigkeit bei Zimmertemperatur ist. Dies lässt sich mit dem RRR-Wert 300 (residual resistivity ratio) spezifizieren. Der RRR-Wert beschreibt den Quotient der spezifischen Leitfähigkeiten des Materials bei Zimmertemperatur und 4°K. Solche hohen RRR-Werte mit gleichzeitiger hoher Leitfähigkeit von σ = 58 m/Ω.mm2 bei 300°K können nur mit extrem sauberen und spannungsfreien Kupferschichten erreicht werden. Es genügen schon Verunreinigungen im ppm-Bereich (F. Pawlek und K. Reichel, "Der Einfluss von Beimengungen auf die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer", Z. Metallkunde, Vol. 47, S. 347, 1956) oder kleine mechanische Spannungen innerhalb der Schicht, um das Erreichen dieser hohen Werte zu verhindern. In modern accelerators with superconducting components, in which the temperature of the vacuum tubes is usually below 4 ° K, an even greater electrical surface conductivity is required in order to avoid costly performance losses under cryogenic conditions. At these temperatures, surface conductivity is usually required that is up to a factor of 300 greater than the conductivity at room temperature. This can be specified with the RRR value 300 (residual resistivity ratio). The RRR value describes the quotient of the specific conductivities of the material at room temperature and 4 ° K. Such high RRR values with simultaneous high conductivity of σ = 58 m / Ω.mm 2 at 300 ° K can only be achieved with extremely clean and stress-free copper layers. Impurities in the ppm range are sufficient (F. Pawlek and K. Reichel, "The influence of admixtures on the electrical conductivity of copper", Z. Metallkunde, Vol. 47, p. 347, 1956) or small mechanical stresses within the Layer to prevent reaching these high values.

Bisher hat man, wie oben bereits erwähnt, die Innenoberfläche der Strahlrohrelemente nach bekannten Verfahren galvanisch verkupfert. Da die Strahlrohrelemente meistens aus nichtrostendem Stahl bestehen, benötigte man nach der chemischen Oberflächenreinigung zuerst die galvanische Abscheidung einer Nickelhaftschicht (Strike-Nickel). Auf diese Nickelhaftschicht wird die Kupferschicht anschließend entweder aus einem cyanidischen Elektrolyten oder aus einem sauren Kupfersulfatbad abgeschieden. Die so hergestellten Schichten haben im Allgemeinen eine Dicke von etwa 10 µm und erreichen wegen Verunreinigungen und Einschlüssen von organischen Additiven des Elektrolyten eine elektrische Leitfähigkeit von maximal 40% der Reinkupferleitfähigkeit. Darüber hinaus gelingt es nicht immer, Kupferschichten ohne Blasen und Haftungsfehler nach diesem Verfahren herzustellen. Infolge dieser Fehler ist die Abgasung dieser Schichten unter Vakuum meistens zu hoch. So far, as already mentioned above, the inner surface of the jet pipe elements has been removed known methods galvanically copper-plated. Because the jet pipe elements mostly from stainless steel, you needed the first after chemical surface cleaning galvanic deposition of a nickel adhesive layer (strike nickel). On this nickel adhesive layer the copper layer is then either made of a cyanide electrolyte or deposited in an acidic copper sulfate bath. The layers produced in this way have Generally about 10 µm thick and reach due to contamination and inclusions of organic additives of the electrolyte an electrical conductivity of maximum 40% the pure copper conductivity. In addition, it is not always possible to do without copper layers Make bubbles and liability defects using this procedure. As a result of these errors, the Exhaustion of these layers under vacuum is usually too high.

Ähnlich unzureichende Resultate werden ebenfalls mit Hilfe eines Pyrophosphat-Elektrolyten und einer Gold-Zwischenschicht erreicht (J. Ch. Puippe, W. Saxer, "Electrodeposidon of Copper on the Internal Walls of Colliders in Beam Tubes", XVth Intern. Conf On High Energy Accelerators, S. 364, Hamburg, Germany, July 20-24, 1992). In dieser Arbeit ist zwar der elektrische Widerstand der Kupferschicht mit 2 µΩ.cm bei 300°K und 0,025 µΩ.cm bei 4°K spezifiziert; er wurde jedoch experimentell nicht nachgewiesen. Es ist lediglich der RRR- Wert mit 94.2 angegeben. Die spezifizierten Widerstände lassen sich aber nicht nur aus diesem relativen RRR-Wert bestimmen. Normalerweise sollte eine Schicht aus Reinstkupfer einen spezifischen Widerstand von 1,7 µΩ.cm bei 300°K bzw. 0,0042 µΩ.cm bei 4°K und einen RRR-Wert von mindestens 400 haben. Ebenfalls ist hier zu vermuten, dass die galvanisch abgeschiedene Kupferschicht mit Additiven aus dem Elektrolyten und mit diffundierten Goldatomen aus der Zwischenschicht verunreinigt war. Similar inadequate results are also obtained with the help of a pyrophosphate electrolyte and a gold intermediate layer (J. Ch. Puippe, W. Saxer, "Electrodeposidon of Copper on the Internal Walls of Colliders in Beam Tubes ", XVth Intern. Conf On High Energy Accelerators, p. 364, Hamburg, Germany, July 20-24, 1992). In this work is the electrical resistance of the copper layer with 2 µΩ.cm at 300 ° K and 0.025 µΩ.cm at 4 ° K specified; however, it has not been experimentally proven. It's just the RRR Value indicated with 94.2. However, the specified resistances cannot only be omitted determine this relative RRR value. Usually a layer of pure copper should be used a specific resistance of 1.7 µΩ.cm at 300 ° K or 0.0042 µΩ.cm at 4 ° K and have an RRR of at least 400. It can also be assumed here that the galvanically deposited copper layer with additives from the electrolyte and with diffused ones Gold atoms from the intermediate layer was contaminated.

Für manche speziellen Anwendungen sind alle galvanischen Verkupferungen von nichtrostendem Stahl - der meistens zur Fertigung der Vakuumröhre benutzt wird - mit Nachteilen verbunden, da die Haftschicht aus "Strike-Nickel" über ihre magnetische Permeabilität die magnetischen Felder des Beschleunigers verzerren kann. Spätestens in diesem Fall braucht man ein Verkupferungsverfahren, das entweder ohne oder mit einer extrem dünnen Nickelhaftschicht auskommt, so daß die magnetischen Eigenschaften des Systems unverändert bleiben. For some special applications, all galvanic copper plating is from Stainless steel - which is mostly used to manufacture the vacuum tube - has disadvantages connected, since the adhesive layer made of "strike nickel" has magnetic permeability can distort magnetic fields of the accelerator. At the latest in this case needs one a copper plating process that either without or with an extremely thin Adhesive nickel layer gets along, so that the magnetic properties of the system remain unchanged stay.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur metallischen Innenbeschichtung von Hohlkörpern anzugeben, mit dem sehr gut leitfähige Schichten haftfest aufgebracht werden können. It is an object of the present invention to provide a method for metallic internal coating of hollow bodies, with which very highly conductive layers are adhered can be.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. The characteristic features of patent claim 1 in serve to solve this problem Connection with its generic term. Advantageous embodiments are in the Subclaims specified.

Alle genannten Nachteile des Standes der Technik können durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden. Erfindungsgemäß ist eine Kombination von zunächst einer Oberflächenbehandlung des Hohlkörpers vor der Innenbeschichtung durch eine Glühung bei einer Temperatur im Bereich von 600-1200°C, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Hohlkörperwerkstoffs in einem Vakuum von besser als 10-3 mbar, und anschließend nach oder während der Aufbringung der metallischen Beschichtung eine thermische Behandlung bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur der metallischen Beschichtung und unterhalb der Schmelzpunktes des Hohlkörperwerkstoffes unter Vakuum oder einer nicht-oxidierenden Atmosphäre vorgesehen. All of the disadvantages of the prior art mentioned can be avoided by the method according to the invention. According to the invention is a combination of first a surface treatment of the hollow body before the inner coating by annealing at a temperature in the range of 600-1200 ° C, but below the melting point of the hollow body material in a vacuum of better than 10 -3 mbar, and then after or during the application of the metallic coating, a thermal treatment is provided at temperatures above the recrystallization temperature and below the melting temperature of the metallic coating and below the melting point of the hollow body material under vacuum or a non-oxidizing atmosphere.

Der Vorteil der Erfindung liegt an der richtigen Kombination der genannten verschiedenen Verfahrensschritte, deren synergetische Verknüpfung eine optimale Herstellung einer haftfesten, glatten, hochleitfähigen und vakuumabgasarmen Beschichtung der Innenoberfläche eines Hohlkörpers ermöglicht. Dadurch, daß die Innenbeschichtung fest haftend auf den Hohlkörperinneniläche aufgebracht werden kann, kann auf eine Zwischenschicht, wie sie im Stand der Technik üblich war, ganz verzichtet werden. The advantage of the invention lies in the correct combination of the different mentioned Process steps, the synergistic combination of which enables the optimal production of a Non-stick, smooth, highly conductive and low-vacuum coating of the inner surface of a Allows hollow body. The fact that the inner coating adheres firmly to the Hollow body inner surface can be applied to an intermediate layer, as in the prior art Technology was common to be dispensed with entirely.

Als Material für die metallische Beschichtung kann z. B. Kupfer, Silber oder Gold verwendet werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Innenfläche des Strahlrohrelements mit Hilfe einer mechanischen oder elektrochemischen Politur oder einer Polierbehandlung mit Laserstrahlung zur Reduzierung ihrer Rauhigkeit unterzogen, bevor sie gereinigt und beschichtet wird. Die Aufbringung der metallischen Beschichtung an den Innenflächen des Hohlkörpers kann durch PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) oder CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) durchgeführt werden. As a material for the metallic coating z. B. copper, silver or gold is used become. In an advantageous embodiment, the inner surface of the jet pipe element with the help of a mechanical or electrochemical polish or a polishing treatment Undergo laser radiation to reduce its roughness before being cleaned and is coated. The application of the metallic coating on the inner surfaces of the Hollow body can by PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition).

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Exemplary embodiments of the invention are explained below.

Es wird zuerst die Innenoberfläche des Strahlrohrhohlkörpers nach einem bekannten Verfahren mit Poliermitteln der Korngröße kleiner als 1 µm oder durch Elektropolieren bzw. durch eine Oberflächenbehandlung mit Laserstahl glanzpoliert. Anschließend wird die Innenoberfläche von den Resten der Politur nach bekannten Reinigungsverfahren über hintereinanderlaufende Behandlungen mit heißen, alkalischen Detergentien, Zitronensäurelösung, Hochdruckwasser usw. entfernt. Die vollständige Reinigung der Oberfläche zur Erhöhung der Haftung der anschließenden Beschichtung erfolgt durch thermische Behandlung (Glühung) des Strahlrohrelements in einem Vakuumofen oder in einer inerten Atmosphäre bei Temperaturen von 600-1200°C für einige Stunden. Für diese Prozedur wird immer die maximal erlaubte Behandlungstemperatur des Hohlkörpers angewandt. First, the inner surface of the hollow beam body according to a known one Process with polishing agents with a grain size smaller than 1 µm or by electropolishing or by a surface treatment with laser steel mirror polished. Then the Internal surface of the remains of the polish by known cleaning methods successive treatments with hot, alkaline detergents, citric acid solution, High pressure water, etc. removed. Complete surface cleaning to increase adhesion the subsequent coating is carried out by thermal treatment (annealing) of the Jet tube element in a vacuum oven or in an inert atmosphere at temperatures of 600-1200 ° C for a few hours. The maximum allowed is always used for this procedure Treatment temperature of the hollow body applied.

Danach erfolgt die Beschichtung der Innenoberfläche mit einem hochleitenden Material, wie Kupfer, Silber oder Gold mit Hilfe an sich bekannter Verfahren: Entweder elektrochemisch oder über PVD (Physical Vapor Deposition) bzw. über CVD (Chemical Vapor Deposition). Then the inner surface is coated with a highly conductive material such as Copper, silver or gold using methods known per se: either electrochemically or via PVD (Physical Vapor Deposition) or via CVD (Chemical Vapor Deposition).

Zum Erreichen einer guten Haftung und zur Maximierung der elektrischen Leitfähigkeit wird die aufgebrachte Schicht in einem Vakuumofen bzw. in einer inerten Atmosphäre, z. B. bei einer Temperatur im Bereich von 300-700°C, für einige Stunden thermisch nachbehandelt. Die Temperatur der Nachbehandlung muss natürlich unterhalb der Schmelztemperaturen der betroffenen Materialien liegen, sollte aber höher als die Rekristallisationstemperatur des Materials der Innenbeschichtung sein. Während dieser Behandlung erlangt die Beschichtung durch Entgasung und Rekristallisation ihre maximale, elektrische Leitfähigkeit. Die Temperatur sowie die Behandlungsdauer soll so ausgewählt werden, um einerseits die Entgasung und Rekristallisation der Schicht zu fördern, anderseits jedoch die störende Diffusion von Elementen aus der Wand zu unterbinden. To achieve good adhesion and to maximize electrical conductivity the applied layer in a vacuum oven or in an inert atmosphere, e.g. B. at a temperature in the range of 300-700 ° C, thermally post-treated for a few hours. The temperature of the aftertreatment must of course be below the melting temperature of the affected materials, but should be higher than the recrystallization temperature of the Material of the inner coating. The coating acquires during this treatment their maximum electrical conductivity through degassing and recrystallization. The The temperature and the duration of the treatment should be selected so that the degassing and To promote recrystallization of the layer, on the other hand, however, the disruptive diffusion of Prevent elements from the wall.

Zur Qualitätssicherung kann vorgesehen sein, die elektrische Leitfähigkeit der Schicht mit Hilfe eines zerstörungsfreien Verfahrens integral gemessen. Dabei wird das Strahlrohrelement wie ein HF-Resonator behandelt und seine Güte durch Anregung auf die Resonanzfrequenz des geeigneten Moden vermessen. Die gemessene Güte kann nunmehr mit der theoretisch errechneten bei der maximal möglichen, elektrischen Leitfähigkeit verglichen werden. Aus diesem Vergleich kann dann die integrale Leitfähigkeit der Beschichtung ermittelt werden. Viel einfacher lässt sich jedoch die Leitfähigkeit der Schicht beim Vergleich der gemessenen Güte mit der Güte einer Attrappe aus Reinkupfer bestimmen. Da beide Resonatoren den gleichen geometrischen Faktor besitzen, verhält sich ihre Güte nur proportional zur Wurzel der elektrischen Leitfähigkeit. For quality assurance, the electrical conductivity of the layer can be provided Integrally measured using a non-destructive method. The jet pipe element treated like an RF resonator and its quality by excitation at the resonance frequency of the appropriate mode. The measured quality can now be compared with the theoretical calculated at the maximum possible electrical conductivity. Out The integral conductivity of the coating can then be determined from this comparison. However, the conductivity of the layer is much easier when comparing the measured ones Determine the quality with the quality of a dummy made of pure copper. Since both resonators have the same geometric factor, their quality is only proportional to the root of the electrical conductivity.

Letzteres lässt sich aus der Definition der Güte des Resonators Q0 als das Produkt der Winkelfrequenz ω und des elektromagnetischen Feldes U, bezogen auf die Verlustleistung P, herleiten. Alternativ kann man die Güte des Resonators als den Quotienten des Geometriefaktors G und des Oberflächenwiderstandes Rs definieren:


The latter can be derived from the definition of the quality of the resonator Q 0 as the product of the angular frequency ω and the electromagnetic field U, based on the power loss P. Alternatively, the quality of the resonator can be defined as the quotient of the geometry factor G and the surface resistance R s :


Der Oberflächenwiderstand Rs ist umgekehrt proportional der Wurzel der elektrischen Leitfähigkeit σ, da das elektromagnetische Feld je nach magnetischer Permeabilität µ, Frequenz ω und Leitfähigkeit σ nur in der Tiefe δ in der Innenoberfläche des Resonators wirksam wird:


The surface resistance R s is inversely proportional to the root of the electrical conductivity σ, since the electromagnetic field, depending on the magnetic permeability µ, frequency ω and conductivity σ, is only effective in the depth δ in the inner surface of the resonator:


In einem Ausführungsbeispiel wurden mehrere Rohre mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von etwa 1000 mm aus nichtrostendem Stahl der Werkstoffnummer 1.4435 nach einer Reinigung mit Detergentienlösung und anschließender Behandlung mit verdünnter Salpetersäure hauptsächlich an der Innenoberfläche mit den handelsüblichen Elektrolyten elektropoliert. Dabei erreichte die Oberflächenqualität einen Rauhigkeitswert Ra von 0,4 µm. Noch kleinere Rauhigkeitswerte konnte man mit gewöhnlichen Feinpoliermitteln über eine mechanische Politur erreichen. Nach einer Reinigung der Rohre von den Politurresten wurden sie in einem Vakuumofen bei etwa 1000°C für einige Stunden gründlich gereinigt und entgast. Zwei der Rohre wurden anschließend galvanisch verkupfert, sowohl in einem sauren als auch in einem cyanidischen Elektrolyten. Vor der eigentlichen, galvanischen Verkupferung wurden die Rohre mit einer sehr dünnen (ca. 0,5 µm) Nickel-Strike-Haftschicht galvanisch überzogen. In beiden Fällen wurden handelsübliche Elektrolyte mit organischen Additiven zum Erreichen einer Glanzverkupferung mit einer Dicke von etwa 10 µm verwendet. Nach der Glanzverkupferung sank die Oberflächerauhigkeit auf einen Ra-Werten von etwa 150 nm. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Kupferschicht durch Beseitigung von Glanzzusätzen und Rekristallisation sowie zur Vergrößerung der Haftung der Schicht über Diffusionsprozesse wurden die Rohre 5 Stunden lang in einem Vakuumofen bei 600°C und unter einem Vakuum von besser als 10-5 mbar behandelt. Danach erreichten die integralen, elektrischen Leitfähigkeiten der so hergestellten Kupferschichten einem Wert von mindestens 95% der elektrischen Leitfähigkeit von Reinstkupfer, was gegenüber den im Stand der Technik erreichbaren Werten von 40% einer erhebliche Verbesserung darstellt. Die Messung der integralen, elektrischen Leitfähigkeit erfolgte nach dem oben beschriebenen Messverfahren der Güte eines Resonators. In one embodiment, several tubes with a diameter of 100 mm and a length of about 1000 mm made of stainless steel, material number 1.4435, were electropolished mainly on the inner surface with the commercially available electrolytes after cleaning with detergent solution and subsequent treatment with dilute nitric acid. The surface quality reached a roughness value R a of 0.4 µm. Even smaller roughness values could be achieved with conventional fine polishing agents using a mechanical polish. After the pipes had been cleaned of the polish residues, they were thoroughly cleaned and degassed in a vacuum oven at about 1000 ° C for a few hours. Two of the tubes were then copper-plated, both in an acidic and in a cyanide electrolyte. Before the actual galvanic copper plating, the tubes were galvanically coated with a very thin (approx. 0.5 µm) nickel strike adhesive layer. In both cases, commercially available electrolytes with organic additives were used to achieve a bright copper plating with a thickness of approximately 10 μm. After the copper plating, the surface roughness dropped to an R a value of approximately 150 nm. To increase the electrical conductivity of the copper layer by removing gloss additives and recrystallization and to increase the adhesion of the layer via diffusion processes, the tubes were placed in a vacuum oven at 600 for 5 hours ° C and treated under a vacuum of better than 10 -5 mbar. Thereafter, the integral electrical conductivities of the copper layers produced in this way reached a value of at least 95% of the electrical conductivity of high-purity copper, which represents a considerable improvement over the values of 40% achievable in the prior art. The measurement of the integral electrical conductivity was carried out according to the measurement method of the quality of a resonator described above.

Der restlichen drei Rohre wurden mit Hilfe einer koaxialen Magnetronanordnung beschichtet. Das zu beschichtende Rohr diente als Anode des Magnetrons. Die Kathode bestand aus einem Reinstkupferstab mit 20 mm Durchmesser. Das erforderliche Magnetfeld von 150 G wurde mit Hilfe einer koaxialen Spule erzeugt. Zur Entladung wurde reines Argon bei einem Druck von etwa 6.10-2 mbar eingelassen. Entladungsspannung und Entladungsstrom betrugen 1000 V und 200 mA. Nach einer Beschichtungszeit von etwa 6 Stunden erreichte man die gewünschte Schichtdicke von etwa 10 µm. Anschließend wurden die so hergestellten Schichten genauso, wie oben im Fall der galvanischen Schichten beschrieben, behandelt. Die gemessenen, integralen, elektrischen Leitfähigkeiten lagen ebenfalls oberhalb des 95%-igen Wertes der elektrischen Leitfähigkeit von Reinstkupfer. The remaining three tubes were coated using a coaxial magnetron arrangement. The tube to be coated served as the anode of the magnetron. The cathode consisted of a pure copper rod with a diameter of 20 mm. The required magnetic field of 150 G was generated using a coaxial coil. Pure argon was admitted at a pressure of about 6.10 -2 mbar for the discharge. Discharge voltage and discharge current were 1000 V and 200 mA. After a coating time of about 6 hours, the desired layer thickness of about 10 μm was achieved. The layers produced in this way were then treated exactly as described above in the case of the galvanic layers. The measured, integral, electrical conductivities were also above the 95% value of the electrical conductivity of high-purity copper.

Alle beschichteten Rohre zeigten ebenfalls exzellente Vakuumeigenschaften. Nach der üblichen Pumpzeit von etwa 100 Stunden erreichten sie eine spezifische Abgasrate von nur 3.10-12 mbar.1.s-1.cm-2. All coated tubes also showed excellent vacuum properties. After the usual pumping time of around 100 hours, they reached a specific exhaust gas rate of only 3.10 -12 mbar.1.s -1 .cm -2 .

Claims (5)

1. Verfahren zur metallischen Innenbeschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Strahlrohrelementen, aus metallischen oder keramischen Werkstoffen mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 600°C, wobei die Innenflächen des Hohlkörpers gereinigt und dann metallisch beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die zu beschichtende Hohlkörperoberfläche nach dem Reinigen und vor der Innenbeschichtung durch eine Glühung bei einer Temperatur im Bereich von 600-1200°C, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Hohlkörperwerkstoffs in einem Vakuum von besser als 10-3 mbar behandelt wird und
nach oder während der Aufbringung der metallischen Beschichtung eine thermische Behandlung bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur der metallischen Beschichtung unter Vakuum oder einer nichtoxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird. 1. A method for the metallic inner coating of hollow bodies, in particular jet tube elements, made of metallic or ceramic materials with a melting point above 600 ° C, wherein the inner surfaces of the hollow body are cleaned and then coated with metal, characterized in that
the hollow body surface to be coated after cleaning and before the inner coating is treated by annealing at a temperature in the range from 600-1200 ° C. but below the melting point of the hollow body material in a vacuum of better than 10 -3 mbar and
after or during the application of the metallic coating, a thermal treatment is carried out at temperatures above the recrystallization temperature and below the melting temperature of the metallic coating under vacuum or a non-oxidizing atmosphere. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die metallische Beschichtung Kupfer, Silber oder Gold verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that as a material for the metallic coating copper, silver or gold is used. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Hohlkörpers mit Hilfe einer mechanischen oder elektrochemischen Politur oder einer Polierbehandlung mit Laserstrahlung zur Reduzierung ihrer Rauhigkeit unterzogen wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the inner surface of the hollow body with the help of a mechanical or electrochemical Polish or a polishing treatment with laser radiation to reduce their Undergoes roughness. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung der metallischen Beschichtung an den Innenflächen des Hohlkörpers durch PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) oder CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) durchgeführt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the application of the metallic coating on the inner surfaces of the hollow body by PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor deposition) is carried out. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Innenbeschichtung die elektromagnetische Güte bei der Resonanzfrequenz des aus dem innenbeschichteten Hohlkörper gebildeten Resonators bestimmt wird, um ein Maß für die Qualität der Innenbeschichtung zu erhalten. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that following the inner coating, the electromagnetic quality at Resonance frequency of the resonator formed from the internally coated hollow body is determined to get a measure of the quality of the interior coating.
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