Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
полупроводников, заняли прочное положение в различных отраслях
промышленности.
II. 2. Устройстве злектроиио-лучевых установск
Принципиальная схема ЭЛУ для размерной обработки и сварки показана на
рис. 46 [5]. Установка состоит из электронной пушки 20, эмиттирующей
электроны, фокусирующей 4 и отклоняющей 21 систем, системы питания
отдельных элементов установки, системы насосов для откачки воздуха и
охлаждения, системы контроля и управления 13-19.
Источником электронов в ЭЛУ является катод, который изготавливается из
металлов с небольшой работой выхода электронов и допускающих нагрев до
высоких температур при сравнительно малой скорости испарения. Наиболее
широко распространенные металлы, отвечающие этим требованиям,- вольфрам и
тантал.
В высоковольтных (100-150 кВ) и маломощных низковольтных ЭЛУ до сих пор
используются Ц-образ-ные катоды прямого накала. Они отличаются простотой
конструкции и дают приближенно точечный источник электронов, что
облегчает последующую фокусировку. Однако такие катоды обеспечивают малый
ток эмиссии (до 25 мА).
Выбор типа и материала для катода, конструкции катодного узла
определяется требованиями к параметрам пучка и услбЬиям работы катода.
Для получения
у 6 Н. В. Могорян
81
большой плотности тока в кроссовере следует выбирать материал с высокой
плотностью тока эмиссии при малой рабочей температуре. Этим требованиям
удовлетворяют оксидные и импрегнированные катоды, однако оксидные
практически непригодны для работы в разбор-
82
Таблица 4
Термоэмиссионные характеристики некоторых катодных материв' лов
Материал катода Температура,К Электронная эмиссия, А/см* Срок
службы, ч
2400 0,12
Вольфрамовый 2600 0,70 юооо
2700 1,60
Торированный вольфрамовый 1700 1S00 2100 0,30 1,60 3,40 1 000
Лантан-боридный 1700 1,0 70 000
1800 3,0 7000
ieoo 8,5 800
ных установках. Можно считать, что для установок с токами в пучке 5-50 мА
еще длительное время будет оправдано применение прямонакальных катодов из
вольфрама и его сплавов с площадью эмиттирующей поверхности 0,5-1,0 см2
[6].
Для нагрева катодов с площадью более 3 мм2 целесообразно использовать
косвенный накал от подогревателя или нагрев электронной бомбардировкой от
автономного катода. Одна из конструкций катодного узла с нагревом
электронной бомбардировкой показана на рис. 47. В табл. 4 приведены
термоэмиссионные характеристики катодов.
Эмиссионная система (катодная пушка, прожектор) ЭЛУ (рис. 48) состоит из
катода 1, расположенного внутри сферического или конического прикатодного
электрода 2 (цилиндра Венельта), назначением которого является
формирование электронов в конический, сходящийся пучок. Точка, в которой
пучок сходится до минимального диаметра и затем снова начинает
расходиться, находится на Рис. 47
6*
83
некотором расстоянии от поверхности катода и называется кроссовером 5.
Цилиндр Венельта может находиться под тем же потенциалом, что и катод,-
диодная система (рис. 48) или под отрицательным потенциалом по отношению
к катоду - триодная система (рис. 49).
У диодной системы электростатическое поле прика-тодного электрода,
находящегося под тем же потенциалом, что и катод, формирует электроны в
однородный пучок с постоянной плотностью тока по его сечению. Подбором
конфигурации прикатодного электрода и анода удается обеспечить заданную
сходимость электронного луча. За анодом электроны движутся в
пространстве, где электрическое поле отсутствует. Вследствие того, что
электронный луч обладает объемным пространственным зарядом, происходят
электрическое расталкивание электронов и дефокусировка луча (рис. 48, а).
Во избежание этого после электростатической фокусировки луч фокусируется
электромагнитной линзой (рис. 48,6).
На рис. 50 показана йатодная пушка со стержневым катодом, нагреваемым
электронной бомбардировкой. Катод состоит из центрального вольфрамового
стержня 8, укрепленного одним концом в держателе 1. На другом конце
стержня наплавлен эмиттирующий
84
\
Рис. 50
дисковый катод 5 из вольфрама, тантала или рения. Нагреватель укреплен в
держателях 2 и 7. Вокруг стержня располагается вольфрамовая спираль 4,
нагреваемая током. Разность потенциалов между спиралью и стержнем 300-400
В.
Эмиттируемые с поверхности спирали электроны ускоряются в электрическом
поле, создаваемом разностью потенциалов, и бомбардируют стержень,
нагревая его до высокой температуры. Для выравнивания температуры по
длине и уменьшения испарения материала стержня установлен цилиндрический
экран 6. Цилиндр Венельта 3 находится под отрицательным потенциалом к
катоду и служит для первичной фокусировки электронного луча,
направляющегося к аноду [7].
Стержневой катод позволяет получать длиннофокусные лучи электронов с
высокой удельной мощностью при сравнительно низких ускоряющих
напряжениях. Недостатком стержневого катода является его сложность.
Удельные мощности в фокальном пятне электронной пушки с однокаскадной
фокусировкой для {7-образных катодов 1-3, оксидных 10-20, стержневых 500
