Teknologisk Institut får udviklingsopgave for CERN
Teknologisk Instituts Tribologicenter har udviklet en elektrisk isolerende aluminiumoxid (Al2O3) belægning, der nu skal afprøves i forbindelse med CERN’s næste generation af superledende magneter.
I den konstante jagt på nye partikler er der behov for højere og højere energi af de partikler, der skal bringes til kollision. I en cirkulær accelerator afhænger energien (E) af magnetstyrken (B) og radius (R) af den cirkulære accelerator (E ≈ B × R). Da radius af den cirkulære accelerator er dikteret af den 36 km lange tunnel, kan en højere energi kun opnås ved at øge magnetfeltet.
Der arbejdes derfor intenst ved CERN på at udvikle endnu kraftigere superledende magneter bestående af niobium-tin (Nb3Sn) legering. Dette fordrer bl.a. også udvikling af nogle elektriske isolerende afstandsstykker til at holde de viklede superledende Nb3Sn ledninger på plads. Da det er planen at fabrikere disse afstandsstykker i metal skal de efterfølgende gøres elektrisk isolerende ved at belægge dem med en elektrisk isolerende belægning. Der er her Tribologicentret kommer ind i billedet, da centret gennem et Ph.d. forløb sammen med Aarhus Universitet har udviklet og produktionsmodnet en elektrisk isolerende Al2O3-belægning.
Kravene til belægningen og dens vedhæftning er strenge og den skal bl.a. kunne holde til at blive opvarmet til ca. 650 oC i 48 timer og efterfølgende bratkøles til 1.9 K (-271 °C) – et temperatur interval på mere end 920 oC.
”Vi har nu belagt en række forskellige testemner med forskellige overfladefinish (henholdsvis bearbejdet, sandblæst, poleret og fremstillet med additiv manufacturing) og efterfølgende sendt dem til test ved CERN. Vi håber selvfølgelig, at det falder positivt ud for så er der jo rigtig meget der skal belægges når alle magneter rundt i den 36 km lange tunnel skal opgraderes til næste niveau”. ”Det er en utrolig chance for os og direkte i tråd med Instituttets strategi om at være førende inden for avanceret pilotproduktion”, siger centerchef Lars Pleth Nielsen, Teknologisk Institut.
Billedet viser testemner belagt med elektrisk isolerende Al2O3 oven på et titanium-aluminium-nitrid (TiAlN) bindelag. Den elektrisk isolerende Al2O3-belægning er udviklet sammen med Aarhus Universitet gennem et Ph.d. projekt. Al2O3-belægningen er fremstillet ved hjælp af teknikken reaktiv pulseret DC magnetron sputtering. Dette sker i en PVD maskine, der er dedikeret til udvikling og produktion af elektrisk isolerende belægninger, som netop kun kan håndteres ved hjælp af avancerede pulseringsteknikker.