Электронная пушка для поверхностной обработки материала

 

Изобретение относится к электронно-лучевой технологии, в частности к электронным пушкам, и может быть использовано в сильноточной электронике, промышленной технологии обработки материалов, в экспериментах по физике твердого тела. Цель обеспечение регулировки распределения плотности тока пучка на обрабатываемом изделии в поперечном сечении. Электронная пушка состоит из последовательно установленных в вакуумной камере катода на изоляторе, управляющей сетки и анода, за которым расположено обрабатываемое изделие. Сетка выполнена из набора параллельных изолированных друг от друга электродов, каждый из которых через отдельное регулируемое сопротивление подключен к заземленному аноду. Электроды могут быть выполнены в виде параллельных проволок, например графитовых волокон. Ток пучка, попадающий на электроды сетки, обеспечивает на них потенциал, определяемый величиной сопротивления, включенного в цепь электрода. За счет подбора сопротивлений можно регулировать величину ускоряющего напряжения вблизи различных участков катода и, следовательно, регулировать величину токоотбора с них. При этом задается требуемое режимом обработки распределение плотности тока и мощности пучка по поверхности обрабатываемого изделия. 1 табл. 2 ил.

Изобретение относится к электронно-лучевой технологии, в частности к электронным пушкам, и может найти применение в сильноточной электронике промышленной технологии, в экспериментах по физике твердого тела и др. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет регулирования распределения плотности тока пучка на обрабатываемом изделии в поперечном сечении. На фиг. 1 схематично показана электронная пушка; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. Электронная пушка состоит из вакуумной камеры 1, в которой через проходной изолятор 2 устанавливается катод 3, к которому прикладывается ускоряющее напряжение относительно заземленного анода 4. Вблизи катода установлена управляющая сетка 5, выполненная из отдельных параллельных, изолированных друг от друга электродов, которые натянуты на диэлектрическом каркасе и подключены каждый через сопротивление 6 на заземленный анод 4. За анодом установлено обрабатываемое изделие 7. Пушка работает следующим образом. При подаче на катод пушки импульса напряжения на нем формируется катодная плазма, из которой электрическим полем анода и сетки вытягивается пучок электронов. В начальный момент времени можно считать, что потенциал электродов управляющей сетки 5 равен потенциалу анода 4. Затем за счет попадания части тока пучка на электроды сетки, возникает ток через сопротивления 6 и на них образуется падение напряжения U_э: U_э=I_эR=K_oI_кR=I_к·R, где R величина сопротивления; I_э ток, стекающий с электрода; I_к ток катода; K_o коэффициент прозрачности сетки; S_o площадь электрода; N число электродов; S площадь катода. Ускоряющее напряжение будет определяться выражением: U_уск U_д U_э U_д K_oRI_k,
где U_д напряжение на диоде. Поскольку в цепи каждого электрода сетки 5 можно устанавливать сопротивления различной величины, то тем самым можно измерять падение напряжения U_э по оси ОХ. Например: при R₁ R₀, R₂ 2R₀ и т. д. R_n NR₀ получим линейное распределение напряжения вдоль оси ОХ:
U_э(X)=U_∂(Nh=X) I_кNR_o=K_oNR_oI_к,
где h шаг электродов сетки;
R₀ величина сопротивления 6. Распределение плотности токоотбора с катода в соответствии с законом Чайлда-Ленгмюра
j(X=Nh)
оказывается зависящим от поперечной координаты Х и величины сопротивления R:
K_o 0,3
U_д 100 кВ, N 8, R₀ 1000 Ом; D² 1 см², I_к 100 А. Тогда
j(X Nh) 0,234(1 0,03N)^3/2. Изготовлен опытный образец управляющей сетки, электроды которой были выполнены на основе углеродных нитей, включенных через сопротивления ТВО-10, и проведены экспериментальные исследования режима регулирования тока на обрабатываемом образце. В таблице приведены экспериментально полученные значения, плотности тока и мощности пучка при шаге сетки 5 мм. Видно, что подбором величины R₀ сопротивлений 6 можно получать необходимые напряжения на отдельных электродах сетки 5, что обеспечивает возможность регулировки плотности мощности по поперечной координате на изделии.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА, включающая последовательно установленные в вакуумной камере катод на изоляторе, управляющую сетку, анод и держатель для обрабатываемого изделия, отличающаяся тем, что с целью расширения функциональных возможностей за счет регулирования распределения плотности тока пучка на обрабатываемом изделии, управляющая сетка выполнена в виде системы параллельных изолированных электродов, каждый из которых через отдельный резистор соединен с анодом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3