Ein-Teil-Design für neuen Kühlmantel einer Plasmakammer aus PEEK

Kühlmantel einer Plasmakammer aus Tecapeek

Bei der Entwicklung eines verbesserten Kühlmantels für die Aluminiumnitrid-Plasmakammer, in der die Ionen für die SNS erzeugt werden, wählte das ORNL Halbzeuge von Ensinger Inc. aus extrudiertem Tecapeek, welches aus Victrex PEEK hergestellt wird. Ausschlaggebend waren die Dimensionsstabilität des Materials unter Druck, die geringen Hochfrequenzverluste und die präzise Bearbeitbarkeit, die eine neue Design­lösung aus einem Teil ermöglichte.

Die Plasmakammer mit der HF-gesteuerten Multicusp-Ionenquelle hat einen Durchmesser von ca. 76 mm und eine Länge von ca. 178 mm. Die erzeugten Ionen werden zu einem gepulsten Strahl geformt und auf sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt, wobei hohe Temperaturen entstehen. Die nominale Wärmebelastung der Plasmakammer durch das Plasma beträgt 3 kW und muss heruntergekühlt werden. Aufgabe des Kühlmantels ist es, die Plasmakammer durch äußere Durchleitung von Wasser zu kühlen. Der ursprüngliche Kühlmantel war aus einem Polycarbonat gefertigt und bestand aus zwei Teilen.

Aufgrund von Rissbildung und hohen Toleranzen konnte der Werkstoff die Anforderungen der Anwendung jedoch nicht erfüllen. In Absprache mit dem Vertriebshändler AIN Plastics, einem Unternehmensbereich von Thyssen­Krupp, bot Ensinger dem ORNL für den Kühlmantel eine Ein-Teil-Designlösung aus Victrex PEEK an. Mit Hilfe der Zerspanungsfertigkeiten des Verarbeiters American Industrial Plastics (AIP) aus Daytona Beach, FL, USA, konnte der Kühlmantel aus einem Stück mit Toleranzen von +/- 0,025 mm gefertigt werden.