[实用新型]具有线性热阴极的电子束投射器

说明书

用于电子束加热的具有线性热阴极(7)的电子束投射器包括束导向装置(1)，束导向装置(1)包括偏转电磁系统(2)并且容纳通过柱(10)固定在其上的加速阳极(3)，其中阳极通过高压绝缘体(4)经由阴极板(5)连接到阴极组件(6)，阴极组件(6)包括线性热阴极(7)和聚焦电极(9)，线性热阴极(7)紧固在阴极保持器(8)中。加速阳极(3)包括刚性地与其紧固的板(11)，用于该投射器的阴极(7)和束导向装置(1)部件的密封分离，其中阴极组件(6)和加速阳极(3)的共同光轴与束导向装置的光轴偏离的角度α等于10～30°。

技术领域

本发明涉及电子束技术的设备，更具体地说，涉及产生电子束的电子束投射器(电子枪)，该电子束被用于在真空或反应性气体气氛中加热，熔化和蒸发材料。

背景技术

用于熔化和蒸发不同材料的电子束技术的出现和广泛引入主要与这种技术的关键元件，即产生电子束的电子束投射器(或电子枪)的发展和改进相关联。目前，两种类型的电子束投射器已经被广泛接受，它们被用于在真空中蒸发和熔化材料，即利用线性热阴极轴向形成轴对称的流动和平直束，其中主要的平直电子束被转化为圆柱形电子束[B.A.Movchan,I.S.Malashenko“Heat-resistant coatings,deposited in vacuum”.-Kiev,Naukova Dumka，1983-230页]。具有100至150kW功率的线性阴极的电子束投射器是小尺寸的，易于操作，并且广泛应用在多用途的商业电子束单元中(一个单元中有4-8个电子枪)，用于在真空环境和反应性气体气氛中生产不同的涂层和材料。

乌克兰NAS的E.O.Paton电焊研究所开发的具有线性热阴极的电子束投射器[B.A.Movchan,I.S.Malashenko“Heat-resistant coatings,deposited in vacuum”-Kiev,Naukova Dumka，1983.-230p]被最广泛地接受。这种电子束投射器的主要设计要素是束导向装置，其包括偏转电磁系统(用于电子束聚焦和偏转的电磁线圈)，其装配有加速阳极，加速阳极通过高压绝缘体经由阴极板连接到阴极组件，阴极组件包括固定在两个阴极保持器中的线性热阴极，以及与其共轴定位的聚焦电极。束导向装置和加速阳极是矩形或圆形的水冷结构，在电子束通过的中心具有开口(槽)，其中线性热阴极(阴极组件)和加速阳极具有共同的光轴，其与束导向装置的光轴(即，与其垂直轴)一致。电子束在该结构内的运动轨迹与电子束投射器的对准组件，即阴极组件、加速阳极和束导向装置的共同光轴和几何轴线一致。在束导向装置内通过偏转电磁系统使电子束偏离上述光轴。这样的电子束投射器可以使电子束在其离开束导向装置的出口处偏离其光轴25～45度，可以被定位在离被加热材料相当远的距离处，并且可以位于具有单独的泵装置的各个真空腔中。这允许将它们成功地应用于商业电子束单元中，用于在真空环境中和在反应性气体气氛中操作。

大多数已知的具有线性热阴极的电子束投射器的主要问题是线性热阴极的稳定操作的时间短，特别是在需要频繁更换的反应性气体(例如氧)的气氛中，以及在电子束投射器的长期操作期间所分配的电子束参数的稳定性(被加热材料表面上焦斑的所需尺寸的稳定性)不足。

当前可用的电子束投射器中的线性热阴极操作的持续时间短是由于以下不利现象造成的：

-线性热阴极的强烈离子轰击，这是由工艺过程期间真空腔中在残留或反应性气体的高压下最明显的原子电离引起的；

-在工艺过程期间蒸发(熔化)的金属或陶瓷材料的穿过束导向装置和加速阳极的原子和分子在线性热阴极表面上的沉积，以及它们与热阴极材料的进一步相互作用，导致其物理-机械性能的改变和断裂；

-在操作中的加热/冷却循环过程的影响下，线性热阴极的几何形状及其相对于聚焦电极的位置的改变，所产生的电子束参数进一步恶化。

现代电子束投射器的改进旨在通过将上述负面现象减至最小来延长线性热阴极的操作寿命。