Катодный узел электроннолучевой пушки

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцмалмстнцескии

Республик п»656125 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 13. 12.76 (21) 2431268/18-25 с присоединением заявки № (23) ПРиоритет

Оаублнковано05. 04. 79.Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 09.04.79 (51) М. Кл.

Н 013 3/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УЩ(621.385. .6 (088.8) М. И. Веретин, А. Л. Емельянов, В. Л. Емельянов и A. Н. Жуида (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ ПУШКИ

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к электроннолучевым пушкам для плавки и испарения материалов в вакууме.

В качестве источника энергии при электроннолучевой технологии плавки и испарения материалов в вакууме применяются электроннолучевые пушки различных конструкций. Широкое применение получили конструкции электронных пушек с линейным (ленточным) катодом (1). К числу требований, предъявляемых к таким пушкам, относятся требования постоянства удельной мощности по всей длине катода, а также высокая надежность работы электронной пушки в течение весьма длительного срока (порядка десятков часов) . Наиболее ответственным узлом линейной пушки является катодный узел, содержащий катод с устройством для его крепления и натяжением, которое компенсирует линейное удлинение катода при нагреве, предотвращая изгиб

его средней части в фокусирующем электроде. В связи с необходимостью нагрева катода до температур порядка 2500 С условия работы деталей крепления катода являются черезвычайно жесткими.

Известен катодный узел электроннолучевой пушки, содержащий катод и охватывающие его на концах крепежные втулки с прижимными винтами (2).

В данной конструкции удерживание катода в зажимах производится только за счет сига трения поверхности катода и зажимов. При необходимом усилии натяжения катода, составляющем обычно порядка единиц кг на 1 мм поперечного сечения катода, и коэффициенте трения металла о металл порядка 0,2, требуемое усилие прижима катода с учетом коэффициента запаса на надежность прижима может превышать 100 кг. Это предопределяет массивность и громоздкость конструкций зажимов. Массивные детали узла крепления катода являются радиаторами, большие поверхности которых, рассеивая тепловые потоки, уменьшают температуру катода, у его концов. А поскольку сравнительно небольшие изменения температуры приводят к значительному изменению тока эмиссии, это в целом вызывает существен65612

3 ное уменьшение удельной мощности линейного пучка на концах катода. Между тем, для большинства технологических процессов, например, при испарении сплавов в целях воспроизводства состава конденсата или при получении покрытий с равномерным распределением толщины покрытия, уменьшение плотности мощности пучка в его граничных областях недопустимо.

Цель предлагаемого изобретения — создание катодного узла, обеспечивающего получение линейных электронных пучков с равномерной плотностью по длине катода за счет выравнивания температуры рабочей части катода.

Для этого предлагается в катодном узле охватывающие на концах катод крепежные втулки выполнить с профилированной 1IQлостью переменного сечения по длине втулки таким образом, что внутренний размер полости втулок больше наружного размера катода на участках между местами крепления катода и рабочим участком катода.

На чертеже изображен предлагаемый катодный узел, продольный разрез, На основании 1 закреплены держатель 2 и фокусирующий электрод 3, к которому через изолятор 4 прикреплены упорная планка 5. В держатель 2 запрессована неразъемная крепежная втулка 6 для глухого закрепления катода 7 винтом 8. На упорной планке 5 через упор 9 винтами 10 укреплена пластинчатая пружина 11 с подвижной частью составной крепежной втулки 12, в которой винтом 13 закреплен второй конец катода 7, проходяшего через неподвижную часть 14 составной крепежной втулки.

Формула изобретения

Предлагаемый катодный узел работает следующим образом.

Через проволочный или ленточный катод 7, выполненный из материала с высокой эмиссионной способностью (например, вольфрама), пропускается ток, который нагревает катод до рабочих температур, Плотность тока электронного пучка по длине катода в нормальном режиме работы пушки будет зависеть от распределения температуры по длине катода. Крепежные втулки обеспечивают постоянство температуры по всей длине рабочей зоны катода. Выравнивание температуры катода на концах рабочей зоны достигается благодаря тому, что на входе катода в крепежную втулку последняя имеет профилированную полость. Выравнивание температуры обусловлено разогревом стенок полости крепежной втулки на участке 16 за счет излучения с поверхности находящейся внутри ее части катода и последующего обратного теплового излучения на катод со стороны внутренних стенок втулки. Тем самым, заключенная в полость крепежной втулки часть катода, получает дополнительную по сравнению с его

5 l0

3О

4Q

5

4 рабочей частью составляююшую теплового потока, которая компенсирует тепловые потери, обусловленные наличием контакта катода с крепежной втулкой на участке 15.

Выбор отношения величины зазора между стенкой полости крепежной втулки и катодом к толщине катода зависит от размеров поперечного сечения катода и длины его эмитирующей поверхности. Для катода большого диаметра с небольшой длиной эмитируюшей поверхности целесообразен нижний предел отношения — 0,5. Для катода небольших поперечных размеров, но имеющих большую длину рабочей части целесообразен верхний предел — 10. Выбор отношения длины участка 16 полости крепежной втулки к толщине катода зависит от размеров поперечного сечения катода и величины зазора между катодом и стенками полости. Длина участка 16 полости должна быть выбрана таким образом, чтобы температуры катода на входе в крепежную втулку была равна температуре катода в середине рабочей зоны. Если длина полости »ала, то край катода будет иметь температуру меньше, чем температура в средней части.

Если полость будет длиннее необходимой величины, то край катода будет перегрет относительно средней части.

Эффективность поддержания температуры в граничных частях катода на уровне рабочей температуры повышается при увеличении коэффициента отражения лучистой энергии от внутренней стенки втулки, например, путем ее полирования. При реализации указанных отличительных признаков а конструкцию температура крепежной втулки в зоне температурной компенсации в рабочем режиме превышает 1000 С. В связис этим крепежная втулка для обеспечения надежности работы должна выполняться из высокотемпературного материала, например, молибдена.

Участок 15 полости крепежной втулки необходим для точной фиксации катода по отношению к фокусирующему электроду с целью обеспечения расчетного первеанса электронной оптики и минимального тока утеч ки на а иод.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить более равномерное распределение температуры катода, что обеспечивает формирование линейных электронных пучков с равномерной плотностью.

Катодный узел электроннолучевой пушки содержащий катод и охватывающие его на концах полые крепежные втулки с прижимными винтами, отличающийся тем, что, с целью получения электронных пучков с равномерной плотностью за счет выравнивания

656125

Составитель Е. Щитова

Редактор Б. Павлов Техред О. Луговая Корректор М. Пожо

Заказ 1538/43 Тираж 922 Подписное

LLHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 температуры рабочей части катода, полость крепежных втулок выполнена профилированной, причем внутренний размер полости втулок больше наружного размера катода на участках между листами крепления катода и рабочим участком катода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3420977, кл. 219 — 121, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР № 239452, кл. Н 05 В 7/00, 1969.