Патент ссср 313510

 

О П И С А Н И Е 3135!О

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 24. I 1.1970 (№ 1403989/24-7) с присоединевием заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 26.Х.1973. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 21.III.1974

М. Кл. Н 05b 7!00

Н 011 37,а0

Г 27Ь 14 06

F 27d 19/00

Государственный комитет

Сонета Министров СССР по делам изобретений и открытий

УДК 621 36591 537583.92 (088.8) Авторы изобретения

Г . П. Прудковский, Н. Г. Сушкин, А. В. Хотина, Л. Н. Копнев и С, Ф. Мерзликин

Заявитель

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА

И ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ В ВАКУУМЕ

Известна электронно-лучевая установка для нагрева и плавки металлов в вакууме тороидальным электронным лучом, содержащая кристаллизатор с расплавляемым (нагреваемым) материалом и расположенные соосно с пим шток, установленный над кристаллизатором, соленоид, обеспечивающий магнитное поле, силовые линии которого проходят через нагреваемую поверхность и служат для формирования луча, и кольцевую пушку, создающую тороидальный поток формирования электронного луча.

Недостаток известного устройства состоит в отсутствии электронно-оптической системы, поворачивающей пучок на необходимый угол при одновременном обеспечении его фокусировки.

Предлагаемая осесимметричная установка снабжена дополнительным кольцевым электродом, находящимся под отрицательным относительно анода потенциалом и расположенным по ходу движения электронов таким образом, чтобы обеспечить изменение направления проекции вектора скорости электронов на ось установки на 180, а соленоид снабжен кольцевым магнитопроводом.

Эти отличия позволяют повысить надежность и срок службы установки, так как катодный узел, вблизи которого сосредоточено электрическое поле, расположен над кристаллизатором или охватывает его, будучи закрыт выступом анода от проникновения брызг, паров и ионных потоков с расплавленной поверхности. Конструкция пушки допускает дифференцированную откачку, обеспечивающую в районе катода более высокий вакуум. Электрическое и магнитное поля образуют магнетроно-центробежную фокусирующую систему, в которой электронный пучок отклоняется на

10 угол, больший 90, двигаясь вокруг выступа анода, и попадает на поверхность кристаллизатора при наличии магнитного сопровождения.

На фиг. 1 и 2 показаны два варианта уста15 новки.

Катод 1 выполнен в виде кольца с коническими выступами и пазом, в котором расположен один или несколько эмнттеров 2. Анод 3 с криволинейной поверхностью вращения от20 деляет внутреннюю область пушки от внешней прикатодной части. Кольцевой отражатель 4, находящийся под потенциалом катода или близким к нему, отстоит от анода достаточно далеко, не создавая зон, опасных с точки зрения пробоя. Магнитное поле требуемой конфигурации создается соленоидом 5 с наружным магнитопроводом 6.

Электронный поток движется от катода 1 первоначально поперек силовых линий маг30 нитного поля и приобретает при этом опреде313510 ленную скорость в азимутальном направлении.

Электрические и магнитные силы в прикатодной зоне создают фокусировку магнетронного характера и далее направляют пучок по криволинейным траекториям, огибающим анод 3.

На этом участке силы поля, действующие на электроны, уравновешиваются большими центробежными силами; силы пространственного заряда при этом оказываются значительно меньшими сил внешнего поля и не в состоянии существенно повлиять»а фокусировку. Это обеспечивает устойчивость электронного потока.

Расположение анода 3 вблизи эмиттера 2 создает мощное электрическое поле, рассасывающее пространственный заряд и обеспечивающее высокие эмиссионные токи, в то время как попадание электронного потока на анод предотвращается центробежной фокусировкой.

Огибая анод 3, электроны отклоняются на

180 и переходят на внутреннюю область пушки. Здесь они вводятся по касательной к силовым линиям в ту часть магнитного потока, которая пересекает эмиттер 2. Это является условием отсутствия пульсаций при дальнейшем движении пучка в магнитном поле. Небольшие азимутальные скорости создают на этом участке силы бриллюэновской компенсации пространственного заряда. Здесь действуют силы ионной фокусировки.

Ловушкой ионного потока является отражатель 4, препятствующий попаданию ионов в катодную зону.

В конструкции, изображенной на фиг. 1, имеется центральный стержень 7 с потенциалом анода; трубчатый электронный поток огибает анод 3 и попадает частично на металл, находящийся в кристаллизаторе 8, частично на стержень 7, или образует на поверхности материала, находящегося в кристаллизаторе, расплавленную зону.

Между кристаллизатором 8 и пушкой имеется зазор для визуального контроля плавки и вакуумной откачки.

На фиг. 2 представлен вариант установки, в которой соленоид 5 с магнитопроводом 6 окружают кристаллизатор, а катодный узел охватывает магнитопровод, оставляя свободным пространство над поверхностью нагрева. Детали установки те же, что на фиг. 1.

На основе описанной магнетронно-центробежной тороидальной пушки возможно созда5

50 ние электронно-лучевых установок для металлургических целей, в которых:

1) над поверхностью нагрева имеется открытое пространство, допускающее свободный доступ к поверхности нагрева и улучшающее откачку выделяющихся газов;

2) ускоряющее поле и катод надежно экранированы от попадания в них паров плавящегося металла и ионных потоков, что улучшает стабильность работы пушки;

3) приемником потока положительных ионов служит отражающий электрод, находящийся под потенциалом катода;

4) конструкция пушки допускает дифференцированную откачку зоны плавки металла и зоны эмиссии и ускорения электронов, что увеличивает срок службы эмиттера, ооеспечивает устойчивость работы установки, уменьшает возможность пробоев;

5) развитая поверхность катода и высокий первеапс пушки позволяют получить большие мощности при не слишком высоком анодном напряжении; б) пушка позволяет широко манипулировать электронным пучком, распределять и концентрировать его на плоской или цилиндрической поверхности пагреваемого объекта.

Предмет изобретения

Электронно-лучевая установка для нагрева и плавки металлов в вакууме с магнетронноцентробежной электронной пушкой, содержащая кристаллизатор с расплавленным металлом и расположенные соосно с ним шток, установленный над кристаллизатором, соленоид, обеспечивающий магнитное поле, силовые линии которого проходят через нагреваемую поверхность и служат для формирования луча, и кольцевую пушку, создающую тороидальный поток, направление проекции вектора скорости вылета электронов из катода которой на ось установки противоположно направлению проекции на эту же ось вектора скорости входа электронов в нагреваемый материал, от.гичающаяся тем, что, с целью повышения надежности и срока службы установки, она снабжена дополнительным кольцевым электродом, находящимся под отрицательным относительно анода потенциалом и расположенным по ходу движения электронов таким образом, чтобы обеспечить изменение направления проекции вектора скорости электронов на ось установки на 180, а соленоид снабжен кольцевым магнитопроводом.

Составитель А. Ходатаева

Редактор Б. Федоров Техред А. Камышникова

Корректоры: Н. Аук и О. Усова

Заказ 6! 671 Изд. М 195 Тираж 755

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 475

Типография, пр. Сапунова, 2

Подписное