[发明专利]轴向电子枪及轴向电子枪中电子束的稳定方法

说明书

一种轴向电子枪包括主要阴极(13)和次要阴极(20)，其特征在于，为了保持次要阴极(20)相对于轴向枪的电子束轴的稳定位置，使用一个成形的支架(21)，由多晶钨丝制成，并且在阴极之间施加脉动电压以轰击该阴极带电子的次要阴极。

技术领域

本发明属于新的材料和涂层的制作领域，并且涉及电子束技术的设备，特别是被设计成用于真空或反应气体氛围中的材料的电子束加热、熔化和蒸发的电子枪。

背景技术

具有线性热阴极的电子枪是已知的，特别是在乌克兰发明专利UA21440 A(B.A.Movchan、V.A.Timashov、Ye.L.Piyuk)、UA43927(B.A.Movchan、O.Ya.Gavriliuk)、UA93182(V.A.Timashov、O.L.Zhdanov、S.I.Ryabenko、A.A.Tsepkalov、S.Berns)和其他发明专利中所描述的那些电子枪。其结构的特征在于束引导、加速阳极以及包括框架或阴极板、绝缘体、阴极夹持器和聚焦电极的阴极套件。聚焦电极与线性热阴极被同轴放置，并且是这些电子枪被命名为轴向枪的原因。

图1示出了根据转让给联合技术公司(United Technologies Corporation)的US08159118专利的轴向电子枪的典型设计的示例。它包括束引导(1)，带有凸缘的偏转系统，该凸缘用于与加速阳极(3)的水冷却的主体联结，所述加速阳极(3)包含聚焦线圈(4)和可替换阳极(5)。阴极板(7)通过三个高压绝缘体(6)被安放在加速阳极(3)上，并且阴极套件(8)被安放在阴极板(7)上。

阴极套件(8)在图2中单独表示。它包括主体(9)，两条电流引线(11)通过两个平面陶瓷绝缘体(10)附着到该主体(9)。由热屏蔽(14)保护的主要钨丝阴极(13)、以及主要聚焦电极(15)利用夹箝(12)被安放在电流引线(11)上。次要(主)聚焦电极(19)也通过耦合螺母(16)、热屏蔽(17)和夹箝(18)被固定在主体(9)上。次要(主)阴极(20)利用夹持器(21)被安放在次要聚焦电极(19)和夹箝(18)之间。

除其他目的外，轴向电子枪被广泛地使用在基于ZrO₂、Gd₂O₃或具有热绝缘属性的其他氧化物的陶瓷材料在燃气轮机的涡轮叶片上的电子束沉积处理。系列化生产数量中的新的材料和涂层的制作意味着生产具有一致物理和机械属性以及性能的最终产品。只有当电子枪在其服务寿命的足够的时间内保持处理参数不变时，才能符合这些要求。

当前，通过使用由单晶钨制成的阴极可以确保具有已知设计的电子枪的稳定操作，其中晶体生长轴关于阴极的工作表面精确对准。这导致枪本身以及利用这样的枪制作的产品的高成本。如果应用由更加便宜的多晶钨制成的阴极，则将会出现一些问题。在高温率(high temperature rates)的效应下，阴极改变其形状，这导致其移位离开枪的电子光学系统中的原始位置，并且导致电子束的聚焦和定位的改变。由于这些效应，电子束可能会击中束引导的内部部件从而导致其随后熔化，并且导致枪的加速阳极的闪光(flashing)。轴向电子枪的参数稳定性和操作可靠性于是显著退化。