Состав электронно-лучевой установки

ЭЛУ предназначена для обработки изделий воздействием на их поверхность электронного пучка, модулируемого по интенсивности и отклоняемого по координатам X и Y в соответствии с заданной программой.

ЭЛУ (Рис.3.1) содержит: электронную пушку; систему фокусировки электронного пучка; системы отклонения электронного пучка; рабочую камеру; вакуумную систему; систему источников питания и управления.

Рисунок 3.1- Схема ЭЛУ. 1-пушка электронная; 2-электронный пучок:

3- система фокусирующая; 4- система отклоняющая; 5- камера рабочая; 6 изделие обрабатываемое; 7- система источников питания и управления; 8-вакуумная система.

Пушка электроннаяявляется основным узлом Э.Л.У. и определяет ее работоспособность. Она должна удовлетворять следующим требованиям: формировать электронный пучок с заданным поперечным сечением; обеспечивать в электронном пучке необходимую плотность тока; позволять регулировать величину тока в процессе работы.

Фокусирующая система служит для формирования электронного пучка определенной конфигурации и плотности тока. Фокусирующая система применяется в тех случаях, когда в электронной пушке не удается сформировать пучок с нужными параметрами.

Отклоняющая система выполняет в ЭЛУ несколько функций:

- центрирование электронного пучка относительно оптической оси;

- модуляцию электронного пучка во времени;

- отклонение пучка по поверхности обрабатываемого изделия в соответствии с заданной программой.

По функциональному назначению отклоняющие системы называют юстирующей, бланширующей и отклоняющей, соответственно.

Камера рабочаяпредставляет собой объем, в котором расположены обрабатываемое изделие и системы наблюдения. Обрабатываемое изделие подается непосредственно из атмосферы шлюзовыми устройствами и располагается на координатном столе. Система наблюдения предназначена для оценки точности юстировки электронноптической схемы установки, измерения тока и диаметра пучка, контроля процесса обработки и т.д.

Вакуумная системав ЭЛУ при существующих размерах пути электронов до обрабатываемого изделия должна обеспечивать давление не более Па. Такое давление необходимо для сохранения первоначальных параметров электронного пучка. Это максимальное давление, при котором средняя длина свободного пробега электронов между двумя соударениями больше, чем расстояние от катода до обрабатываемого изделия. Предельное давление определяется типом электронной пушки.

Система источников питания и управления ЭЛУ предназначена для формирования электронного пучка и преобразования энергии электрической сети в энергию электронного пучка.

Пушки электронные

Назначение– создавать пучок электронов определенной плотности и поперечного сечения и осуществлять управление его временными и энергетическими параметрами.

Для выполнения этих функций пушка должна содержать: источник электронов, устройство модуляции луча и устройство фокусировки.

Все узлы электронной пушки работают в крайне тяжелых условиях, поэтому к ним предъявляются жесткие требования.

1. Материалы узлов электронной пушки не должны насыщаться газами, чтобы они не выделялись в условиях глубокого вакуума.

2. Изоляция между отдельными узлами должна выдерживать большие электрические напряжения до нескольких сот кВ.

3. Материалы и детали должны быть жаростойкими, так как узлы пушки работают в условиях высоких температур и ионной бомбардировки.

4. Конструкция должна обеспечивать высокую точность и стабильность геометрических размеров.

5. Конструкция пушки должна обеспечивать высокую ремонтопригодность, то есть иметь возможность быстрой и простой сборки и разборки при замене вышедших из строя деталей, в первую очередь катода.

Рисунок 3.2 - Схема создания электронного луча в электронной пушке. 1-катод

в виде шпильки; 2-фокусирующий электрод; 3-анод; 4-электронный пучок.

В настоящее время разработано огромное количество различных конструкций электронных пушек. Назначение и параметры их самые разнообразные: длиннофокусные, короткофокусные, растровые, проекционные, зондовые и кольцевым, сплошным или ленточным потоком электронов и т.д. Тем не менее, при создании новых установок чаще всего приходится проектировать свою пушку.

Проектирование обычно начинают с определения энергетических параметров электронного луча. Для этого на основании энергетических расчетов технологического процесса задаются мощностью электронного луча .

После этого необходимо установить параметры луча: ток и анодное напряжение.

Конструкцию электронной пушки определяют следующие ее характеристики:

1. Предельное анодное напряжение определяет расстояние между электродами и тип электронной изоляции.

2. Предельный ток определяет размеры и материал катода.

3. Первеанс системы или проводимость. Этот параметр однозначно определяет форму электродов и их взаимное расположение

(3.1)

Физически это означает, что при увеличении тока излучателя, определяемого этим выражением, диаметр электронного луча становится больше допустимого и периферийная часть луча попадает на край анодной диафрагмы. При этом резко возрастают потери на аноде, а мощность в зоне обработки практически не изменяется. У современных электронных пушек с аксиальным лучом первеанс достигает .

Катодслужит источником электронов. По способу возбуждения катоды делят на два класса: термоэлектродные катоды (эмитирующие электроны при нагревании) и холодные катоды, не имеющие специального подогрева (в том числе автоэлектронные, фотокатоды, вторичные эмиссионные и т.д.). Катоды характеризуются следующими основными параметрами.

Удельная эмиссия (плотность тока эмиссии) – величина тока эмиссии с единицы поверхности катода. Зависит от температуры и работы выхода материала катода.

Удельная мощность катода – Рн мощность, затрачиваемая на нагрев поверхности катода. Характеризует мощность потребления катодом.

Эффективность катода H [А/Вт] – ток электронной эмиссии Iэ на один Вт мощности, затрачиваемой на разогрев катода. Это наиболее важный параметр катода, который оценивает его экономичность.

Рабочая температура, -температура, при которой достигается требуемая величина тока эмиссии. По этому параметру термокатоды делят на:

низкотемпературные катоды - 1000-1100 К; высокотемпературные катоды - 2400-2600 К.

Долговечность катода – время работы катода при нормальных условиях эксплуатации, в течение которого катод сохраняет свои свойства (технологические катоды 100…500 ч.).

Отличительными особенностями технологических катодов являются:

1. Низкая долговечность,

2. Частая сменяемость, высокая ремонтопригодность.

Катод является узлом, работающим в исключительно неблагоприятных условиях. Во многих конструкциях длительность беспрерывной работы технологического оборудования определяется временем службы катода. Выделение газов с поверхности обрабатываемого изделия, работа в плохом вакууме приводят, с одной стороны, к отравлению катода, с другой стороны, усиливается бомбардировка ионами, образующимися в камере, что ведет в его перегреву и разрушению.

Стремление получить высокие плотности тока эмиссии с поверхности катода вынуждает нагревать его до предельно высоких температур, при которых нагреваемые поверхности начинают деформироваться и испаряться. Поэтому для изготовления катодов используют тугоплавкие металлы и сплавы с различными добавками.

3. 4 Расчет прямононакального катода состоит из двух этапов:

- расчет идеального катода, то есть такого катода, у которого температура по всей длине имеет одно и то же значение;

-расчет реального катода с учетом поправок на охлаждение в местах крепления держателя.