[1]Изобретение относится к области нанесения покрытий, нагревания и плавки металла в вакууме.
[2]Известны конструкции аксиальных пушек, где решаются задачи увеличения срока службы катода: З.Шиллер, У.Гайзинг, З.Папцер. Электронно-лучевая технология. Пер. с нем. М.: Энергия, 1980.
[3]Известна электронная пушка, содержащая цилиндрический изолятор, установленный соосно с ним цилиндрический корпус катодного узла, на торце которого установлен прикатодный дисковый электрод с центральным отверстием, таблеточный катод, закрепленный на прикатодном электроде, и анод, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы за счет дополнительной взаимной юстировки катода и анода и стабилизации положения катода в корпусе, в пушке установлен цилиндрический котировочный потенциальный экран, который расположен на внешней поверхности корпуса катода с возможностью перемещения вдоль оси пушки, прикатодный электрод выполнен с радиальным зазором по отношению к таблеточному катоду, а на обращенной к катоду поверхности анода выполнена кольцевая проточка, диаметр которой равен диаметру торцовой части юстировочного экрана. Патент Российской Федерации №1572328, МПК: H01J 37/06, 1995 г.
[4]Известна аксиальная электронная пушка, содержащая термокатод, катодный узел, подогревающий спиральный катод, анод, лучевод, магнитные линзы, систему сканирования, источник питания и вакуумную систему, отличающаяся тем, что для сохранения заданной электронной термоэмиссии термокатод постоянно находится на центральной оси пушки в горизонтальной плоскости с помощью трех спиральных торсионов, расположенных под углом 120° относительно друг друга и удерживающих термокатод по кольцевой выточке на его боковой поверхности. Патент Российской Федерации №2364980, МПК: H01J 37/065, 2009 г.
[5]Известен инжектор электронов, содержащий откачную систему с встроенным геттерным насосом и цилиндрический корпус, в котором расположены аксиальная электронная пушка с термокатодом, установленная в керамическом изоляторе на анодном фланце, соленоид, охватывающий лучевод, рабочую камеру и источник ускоряющего напряжения, подключенный к катоду, в которой анодный фланец выполнен в виде цилиндрической полости, в которую встроен магниторазрядный насос откачной системы, содержащий три плоскопараллельных решетчатых электрода с соосными с лучеводом отверстиями, подключенных к дополнительному источнику питания, причем геттерный насос расположен за магниторазрядным насосом и охватывает лучевод коаксиально с корпусом инжектора, а высота соленоида не менее расстояния от катода до выхода геттерного насоса. Патент Российской Федерации №1447256, МПК: Н05Н 5/02, 1995 г. Прототип.
[6]Известные аксиальные электронные пушки обладают рядом недостатков, ограничивающих их стабильную продолжительную работу:
[7]из-за воздействия высоких рабочих температур возможно смещение термокатода относительно оптической оси и нарушение фокусировки электронного пучка; при высоких температурах спиральные вольфрамовые торсионы охрупчиваются и ломаются; формирование электронного пучка в пространстве дрейфа осуществляют несколькими магнитными линзами, представляющими собой громоздкую тяжелую систему, затрудняющую эксплуатацию пушки.
[8]Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.
[9]Техническая задача - получение стабильного электронного луча в широком диапазоне значений мощности, подводимой к аксиальной электронной пушке, и повышение эффективности работы пушки.
[10]Технический результат изобретения - обеспечение стабильности тока и параметров электронного луча в условиях проведения длительных технологических процессов, повышение эффективности использования пушки; подавление поперечных тепловых скоростей электронов в ускоряющем промежутке эмиттер-анод пушки и повышение ламинарности электронного потока.
[11]Технический результат достигается тем, что в аксиальной электронной пушке, содержащей катодный блок, накальный узел с вольфрамовой спиралью, эмиттер, фокусирующий электрод, анод и магнитную систему, установлен держатель, расположенный соосно с центральной осью пушки, на одном конце держателя размещен эмиттер, а противоположный конец соединен с катодным блоком, причем держатель выполнен в виде полого цилиндра из тугоплавкого металла, боковая поверхность которого перфорирована, а один из концов цилиндра соединен с катодным блоком посредством резьбы, магнитная система выполнена в виде короткой магнитной линзы, анод выполнен в виде вставки, соединенной с водоохлаждаемым анодным корпусом с помощью резьбы, фокусирующий электрод соединен с катодным блоком посредством резьбы.
[12]Сущность изобретения поясняется фиг.1.
[13]На фиг.1 представлена конструктивная схема аксиальной электронной пушки, где 1 - базовый высоковольтный изолятор, 2 - катодный блок, 3 - накальный узел, 4 - вольфрамовая спираль, 5 - экран, 6 - полый цилиндр, 7 - эмиттер, 8 - фокусирующий электрод, 9 - анодная вставка, 10 - водоохлаждаемый корпус анода, 11 - короткая магнитная линза.
[14]На фиг.2 показан внешний вид аксиальной электронной пушки.
[15]На фиг.3 показана фотография электронного пучка в пространстве дрейфа.
[16]Аксиальная электронная пушка работает следующим образом.
[17]Основные элементы аксиальной электронной пушки: катодный блок 2, накальный узел 3, вольфрамовая спираль 4, экран 5, полый цилиндр 6 и эмиттер 7, защищены базовым высоковольтным изолятором 1.
[18]Эмиттер 7 нагревают бомбардировкой электронами, эмиттируемыми нагретой плоской вольфрамовой спиралью 4 при подаче ускоряющего напряжения между спиралью 4 и эмиттером 7. Формирование электронного пучка и проведение его в пространстве дрейфа осуществляют короткой магнитной линзой 11. Магнитные силовые линии магнитной линзы 11 совпадают с электронными траекториями (магнитное сопровождение пучка) в пространстве эмиттер 7 - анод 9, 10 электронной пушки, что приводит к подавлению поперечных тепловых скоростей эмиттированных электронов и улучшению ламинарности электронного потока.
[19]Кроме того, магнитная линза 11 служит для формирования протяженного электронного потока с малой угловой расходимостью в пространстве дрейфа. Эмиттер 7 и фокусирующий электрод 8 находятся под одним и тем же отрицательным потенциалом 10 кВ. Сферическая форма рабочей поверхности эмиттера 7, фокусирующий электрод 8, анодная вставка 9, расположенная в корпусе анода 10, охлаждаемого водой и короткая магнитная линза 11 обеспечивают фокусировку электронного луча с минимальными потерями мощности.
[20]В случае выхода из строя эмиттера 7 или спирали 4 цилиндр 6 выворачивают из корпуса катодного блока 2 и заменяют эмиттер 7 или спираль 4. Затем полый цилиндр 6 устанавливают в прежнее положение. При этом эмиттер 7 занимает стандартное положение, обеспечивая полное сохранение межэлектродных зазоров и соосность оптической системы.
[21]За счет резьбовых соединений аксиальная электронная пушка быстро собирается и не требует юстировки. Элементы оптической системы занимают стандартное положение и параметры пушки стабильны.
[22]Рабочее напряжение ускорения электронов - 10 кВ. Мощность электронного пучка изменяют напряжением между вольфрамовой спиралью 4 и эмиттером 7 при постоянном токе спирали 4.
[23]Аксиальная электронная пушка прошла проверку в течение шестнадцати часов непрерывной работы при максимальной мощности электронного луча 10 кВт.
[24]За это время параметры аксиальной электронной пушки не претерпели никаких изменений, пробои по высокому напряжению отсутствовали. Время жизни спирали 4 или эмиттера 7 составляет ~300 час.
[25]Аксиальную электронную пушку устанавливают в вакуумную рабочую камеру или вне ее в зависимости от схемы технологического процесса. Во втором случае используют дифференциальную откачку, которая обеспечивает стабильную работу пушки при напуске в рабочую камеру технологического газа до давления 1,3×10-1 Па.
