Fulleren-Anlage 4

Abstract: Die Fulleren 4-Anlage dient zur Synthese von Fulleren-Kohlenstoffstrukturen durch Graphitverdampfung im Lichtbogen unter Verwendung verschiedener Gasatmosphären.  

Keywords: Fullerene, Lichtbogen, Vakuumtechnik  

Beschreibung: Zur Herstellung von speziellen Kohlenstoffstrukturen – den Fullerenen – gibt es im IFW eine umfangreiche und langjährige Expertise. Zur Fortsetzung der Forschungen auf diesem Gebiet  sollte in Ergänzung zu  den drei vorhandenen Anlagen zur Fullerenherstellung die Fulleren-Anlage 4 entwickelt und gebaut werden. Diese soll dem aktuellsten Stand der Forschung und Technik entsprechen und möglichst alle Vorteile der bisherigen Anlagen in sich vereinigen. Als neuer, herausragender Verfahrensparameter soll eine Prozessraumänderung realisiert werden. Zunächst erfolgte eine gründliche Analyse der Konstruktionen der Fulleren-Anlagen 1 bis 3 unter Einbeziehung von Anforderungen und Wünschen der zukünftigen Anwender. Als Ergebnis dieser Analyse ergaben sich für die Neukonstruktion der Anlage 4 folgende wesentliche allgemeine und spezielle Anforderungen: 
   - Konstruktion eines zylindrischen Rezipienten mit vorgegebenen Dimensionen und Volumen
   - Erreichen von Hochvakuum vor Prozessbeginn
   - Realisierung der Synthese mit verschiedenen Prozessgasen unter Grobvakuum
   - Verwendung von Graphitstabelektroden vorgegebener Dimension
   - Stufenlose Prozessraumänderung
   - Entwicklung eines Gestells aus Standardkomponenten in Hinblick auf einfache und ergonomische Bedienung.
Anschließend wurde im CAD ein komplettes Modell der Anlage entwickelt und optimiert. Mit Ausnahme des Rezipienten wurden alle Komponenten der Fulleren-Anlage 4 in der Werkstatt des IFW Dresden gefertigt. Kernstück der Fulleren-Anlage 4 ist ein zylindrischer Rezipient mit doppelter Wandung und durch Leitbleche zwangsgeführter Wasserkühlung. Er besitzt radiale Dreh/Schiebedurchführungen für Graphitstabelektroden.  

Diese Elektroden werden mechanisch geführt und ein selbsthemmender Spindeltrieb gewährleistet einen gleichmäßigen Vorschub. Die Positionierung der Elektroden zueinander auf einen gemeinsamen Brennpunkt wird durch Neigungsverstellung des Spindeltriebs um jeweils +/- 1° sowie Rotation der Elektroden um ihre Längsachse realisiert. Die Fulleren-Anlage 4 unterscheidet sich von den bestehenden Anlagen durch eine variable Prozessraumänderung. Diese wird durch Verschieben von symmetrisch angeordneten Zylinderplatten im Inneren des Rezipienten gewährleistet. Zur Sicherstellung homogener Prozessbedingungen im Inneren der Kammer besitzen die Zylinderplatten ebenfalls eine zwangsgeführte Wasserkühlung. Zum Erreichen der erforderlichen Drücke wird eine Vorvakuumpumpe in Verbindung mit einer Kühlfalle verwendet. Die elektrische Leistung für den Lichtbogen wird von einem Schweißtransformater bereitgestellt. Die elektrische Installation an der Anlage wir in Zusammenarbeit mit der Abteilung Elektrotechnik ausgeführt. Zur Aufnahme des Rezipienten dient ein Gestell, gefertigt unter Verwendung eines Standardprofilsystems. Die schwenkbare Lagerung der Versuchskammer im Schwerpunkt, sowie Hilfsvorrichtungen am Gestell sorgen für eine einfache und ergonomische Ausführung aller Bedienhandlungen vor, während und nach der Synthese.