CN107068513A - 一种电子束装置、吸气器片和制造装配有所述吸气器片的电子束装置的方法 - Google Patents

一种电子束装置、吸气器片和制造装配有所述吸气器片的电子束装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有设置有出射窗的主体的电子束装置，所述主体形成或至少部分地形成真空室，所述真空室包括在其中的阴极外壳(112)和至少一个电子产生丝状体(120)。至少一种吸气器片(124)布置在阴极外壳(112)和所述丝状体(120)之间。本发明还包括用于在电子束装置中的吸气器片(124)，以及制造包括该至少一个吸气器片的电子束装置的方法。

Description

一种电子束装置、吸气器片和制造装配有所述吸气器片的电 子束装置的方法
本申请是申请号为201280029981.1、申请日为2012.06.27、发明名称为“一种电子束装置、吸气器片和制造装配有所述吸气器片的电子束装置的方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电子束装置，在所述电子束装置中使用的吸气器片，以及制造装配有所述吸气器片的电子束装置的方法。
背景技术
典型的电子束装置包括气封的(即真空密封)主体，在该主体内布置阴极外壳。阴极外壳包括由电流加热的丝状体，以便用于产生电子。这样产生的电子通过高电压电势加速并通过所述主体的出射窗射出，该出射窗通常为由支承栅支撑的薄窗箔。电子束装置可用于多种用途，如油墨或粘合剂的固化，或容积或表面的灭菌。根据诸如加速电压、光束轮廓等应用特性的不同，电子束装置的形状会有所不同。本发明的教导可以有利地应用到用于包装材料卷材的杀菌的电子束装置，因为它可以显著提高被设计为用于该目的的电子束装置的性能。但是应当理解，它可以被应用到具有类似结构的其他电子束装置。
在包装材料卷材的杀菌的领域中，一旦杀菌的质量得到保证，例如稳定性、耐用性和寿命等性能因素是关键问题。所有提及的部分以及更多的部分可能为了使电子束装置在任何给定的情况下产生期望的光束形状而进行优化。
本发明涉及用于处理较大表面的如用于制作包装容器的包装材料卷材的细长的电子束装置的情形。更具体地，本发明涉及这样的电子束装置的关于确保有足够的质量同时简化电子束装置的组装的方面的改进。
密封的电子束装置不包含任何为了用于保持真空的真空泵。在制造电子束装置的过程中仅使用真空泵以创建真空，其后该电子束装置是密封的。为了提供在制造过程中使用更少的高速率的泵吸设备的可能性，并为了在电子束装置完成并保持真空，也可使用吸气器。术语“吸气器”通常是指在真空环境内部化学吸收或结合气态分子到其表面的反应性物质。化学吸气器通过使化学活性气体结合化学活性金属以形成固体化合物的化学反应提供了泵吸作用。气体分子，例如H2、CO、CO2、O2、N2和NOx，本质上形成非反应性的氧化物、碳化物和氮化物。通常，这些反应通过离解化学吸附，之后反应以形成所产生的氧化物、碳化物或氮化物，得以进行。氢，H2，化合物似乎是例外，随着氢被离解地化学吸附，然后被溶解到金属主体。因此，吸气器能够永久地从真空空间除去少量的剩余气体。
使用吸气器进一步提高了电子束装置中的高电压稳定性和电弧发生的速率方面的性能。另外，可以预期更长的寿命。
有几种类型的吸气器。常见的类型是由例如锆或钛等金属制成的非蒸发性吸气器。
当非蒸发性吸气器被暴露在空气中用于运送或装载到该电子束装置中时，材料的表面会与周围的气体发生反应。这意味着一旦安装完毕，吸气器被封入氧化物、氮化物和碳化物的包围中。因此，吸气器材料是“饱和的”，即基本上是惰性的，并且不会提供活性吸气器泵吸表面。活化是必要的，以便开始泵吸作用。活化是通过当电子束装置已被密封并抽真空时，在适当的时间段期间将吸气器暴露在高的温度下进行的。活化过程去除表面氧化物层、氮化物层和碳化物层，通过它们的扩散到吸气器的体型内，并提供干净的金属表面准备与在真空反应环境中的撞击气体分子反应。泵吸作用将持续直到吸气器再次“饱和”，并且需要新的活化循环。活化周期之间的吸气器的运行时间取决于在电子束装置中剩余的或者潜在的泄漏的气体的量。
泵吸作用，即吸气器的吸收各种气体的能力，其随吸气器的温度改变而改变。高温下一般产生高的泵吸作用。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有一个或多个吸气器片的电子束装置，其中，所述吸气器片被布置成使得它们可以在电子束装置的制造过程和电子束装置的操作过程两者中被容易地和均匀地加热。所述目的是通过具有设置有出射窗的主体的电子束装置来实现的，所述主体形成或至少部分地形成真空室，所述真空室包括在其中的阴极外壳和至少一个电子产生丝状体，其中，至少一个吸气器片被设置在阴极外壳和丝状体之间。无论是在制造和操作过程中，丝状体具有较高的温度，并通过直接把吸气器片放置在从丝状体所辐射的热量中，很容易确保，该吸气器片将被正确活化，并在电子束装置的操作过程中将具有基本上最佳的工作温度。
在本发明的一个实施方式中，所述主体是细长形状，所述出射窗在所述管状体的长度方向上延伸，所述阴极外壳是细长的形状，并且所述至少一个电子产生丝状体沿所述阴极外壳的所述细长形状部延伸。这种类型的电子束装置可用于包装材料宽幅卷材的灭菌或在宽幅卷材或片材上的油墨的固化。
在目前优选的实施方式中，所述至少一个吸气器片材被布置在阴极外壳中。阴极外壳设置有相对较大的表面，该表面被制成可以在距离丝状体相对均匀的间距接收和保持一个或多个吸气器片材。这有助于获得吸气器片的均匀加热。
在目前优选的实施方式中，吸气器片被布置成弯曲的以装配在阴极外壳中，并通过它自己的回弹力保持在合适位置。以这种方式，不需要任何庞大的、昂贵的和/或复杂的连接装置。进一步地，能以在时间上很有效的方式进行安装。
优选地，所述吸气器片设置有至少一个间距折板用于提供吸气器片和阴极外壳的内表面之间的间隙。在吸气器片和阴极外壳之间的具有间隙以进一步有利于均匀加热。
在目前优选的实施方式中，吸气器片的厚度在0.025-0.075毫米的范围内。优选地，吸气器片的厚度为约0.05毫米。在此范围内的厚度足够薄以容易地弯曲，但足够大以组成有效的吸气器片。
在目前优选的实施方式中，阴极外壳被形成为细长的半环状的壳体，且丝状体基本居中于所述细长的半环形壳体内并沿所述细长的半环形壳体延伸。被形成为细长的半环状的壳体的、居中放置丝状体的阴极外壳进一步促进了吸气器片的均匀加热。
有利地，所述吸气器片材是非蒸发性类型。在本发明的电子束装置中可以使用几种类型的吸气器，但是，已证明非蒸发型在电子束装置中工作正常。例如，吸气器片包含来自元素周期表中的IV-A族的材料，例如氧化锆。利用所提出的类型的吸气器材料，能够除去各种重要气体，尤其是H2、O2、N2、CO2和CO，这是在电子束装置中的常见气体。
在目前优选的实施方案中，一个或多个吸气器片材沿着所述阴极外壳的细长形状部布置，所述一个吸气器片或多个吸气器片被布置在丝状体的电子产生长度中。为进一步确保在吸气器片材达到正确的活化温度，它们优选以直接热辐射的方式从丝状体提供。
有利地，多个吸气器片材一个接一个地沿所述阴极外壳的细长形状部布置，吸气器片材被布置在丝状体的电子产生长度内。多个片材比一个大的片材更容易配合在阴极外壳内，因为例如在片材的设计过程中可以忽略在阴极外壳中支段和其他部件的存在。多个片材还提供了具有有利于电子束装置中的循环的片材间的间隙的可能性，该循环是重要的，尤其是在泵出空气以产生真空的过程中。阴极外壳和所述吸气器片之间捕集气体的危险降低了。优选地，在片中有至少一个切口，以便促进从片材和阴极外壳之间的间隙的气体循环。这将进一步增加在电子束装置的制造过程中成功地建立真空的可能性。
本发明还提供了一种用于电子束装置的吸气器片。所述吸气器片包括片材料，片材料包含锆或钛，所述吸气器片设置有用于提供在所述吸气器片和所述电子束装置的表面之间的间隙的至少一个间距折板，并且所述吸气器片被布置成弯曲以在所述阴极外壳和丝状体之间配合入电子束装置的阴极外壳中，并且将通过其自身的回弹力保持在合适位置。这种类型的吸气器片的优点已在上面相对于电子束装置讨论了。
此外，本发明还提供一种用于制造具有带有出射窗的主体的电子束装置的方法，所述主体形成或至少部分地形成真空室，所述真空室包括在其中的阴极外壳和电子产生丝状体。该方法包括在所述阴极外壳和所述丝状体之间布置至少一个吸气器片的步骤。
附图说明
在下文中，将参照所附的示意性附图更详细地描述本发明优选的实施方式，其中：
图1是根据本发明一个实施方式的电子束装置的透视图。
图2是图1的电子束装置的内部的透视图。
图3是图2的阴极外壳和控制栅的非常示意性的横截面图。
图4a是根据本发明的吸气器片的透视图。
图4b是图4a的吸气器片的顶视图。
图4c是图4a的吸气器片的侧视图。
图5是根据本发明的阴极外壳和一些吸气器片的透视图。
图6是阴极外壳、吸气器片、控制栅和丝状体的横截面视图。
具体实施方式
图1是本发明的示例性的密封电子束装置100的透视图，仅示出了其外部。附图的目的仅仅是为了说明电子束装置的基本元件，并且应当强调的是，目的不是为了提供真正的施工图或以其他任何方式限制本发明。
该电子束装置的主要组成部分为管状体102，其具有细长的形状。出射窗装置104提供了用于来自管状体102内的真空的电子的出口。出射窗装置104进而包括与本发明不相关的子装配件，还具有为电子提供出射窗同时保持体102内的真空的属性。在体102的近端包括组件，该组件包括电连接件106，以及朝向该组件和主体102内周界密封的绝缘陶瓷盘108。在本实施方式中，陶瓷盘108实际上朝向圆筒形部件110的内周界密封，圆筒形部件110反过来被焊接到该细长体上。就与本发明不相关的原因而言，这种布置简化了电子束装置的组装、拆卸以及重组装。
阴极外壳112被布置在管状体102内，阴极外壳112是在图2和3中示出的组件之一。圆筒形部件110和陶瓷盘108是清楚可见的，并且本领域技术人员能理解图示的装置如何被插入管状体102中以形成图1的组件。实际的阴极外壳112被形成为半环形的壳体，其开口侧被控制栅114覆盖。阴极外壳112的环形壳体内布置了从阴极外壳112的近端延伸到其远端的一个或多个丝状体120(见图3)。在使用中，通过使用电流加热丝状体120，并通过高电压电势加速电子朝向出射窗104来产生电子束。
通过施加电势到控制栅114，可以进一步控制电子的发射。如果施加单独的和可变的电势到控制栅114，这使得有可能使用控制栅114用于所产生的电子束的主动整形。用于这些目的，控制栅114可以电连接到单独的电源(未示出)。
为明显起见，控制栅114，即阴极外壳112的开口侧，应朝向出射窗装置104。控制栅114包括若干用于电子通道的开口或通孔。
如在图3中所示，阴极外壳112的自由纵向边缘优选是向内弯曲的，并形成径向凸起116。在连接点115处控制栅114被连接到所述凸起116，取决于阴极外壳112和电网114之间是否存在电势差，连接点115可以用作电绝缘体。
控制栅114的自由纵向边缘117被弯曲成隆起或卷曲越过其本身，并且特别是越过在阴极外壳112和控制栅114之间的，用于形成光滑的隆起或焊珠的连接点115。所述隆起117将有助于平滑可预见的电场的产生，有利于电子束装置100的性能。
阴极外壳112的近端以及远端包括用于丝状体120的电连接件以及物理悬挂件。在远端处这样的配置容纳于圆顶形帽118内部或用圆顶形帽118覆盖。在其近端，阴极外壳112被悬挂在绝缘盘108的中央开口中且悬挂件也由环形“帽形”组件122覆盖。
图4a-4c显示了本发明的吸气器片124。类似本发明的电子束装置100的密封的系统可以使用几种类型的吸气器片。在本实施方式中，吸气器片124是非蒸发型的。优选地，该材料选自元素周期表中的IV-A族。优选使用锆(Zr)。在另一个实施方案中也可以使用钛(Ti)、铌(Nb)或钽(Ta)。吸气器片也可以由涂敷有吸气器材料的基体材料制成，基体材料例如由钼(Mo)、康铜(包括55％铜(Cu)和45％镍(Ni)的合金)或不锈钢制成。可能的涂层材料是锆-铝(Zr–Al)，或只是锆(如果该基体材料是钼(Mo))。
吸气器片124由片材制成，并且可以通过例如激光切割和随后的弯曲操作来一体成型地制造。片材的厚度为0,025-0,075毫米的范围，优选的厚度为约0,05毫米。这样，吸气器片124将是弹性的，即可弯曲以放入阴极外壳124。
如图4a-4c所示，示例性吸气器片124基本上是矩形的，并且包括由中央V形互连部128桥接的第一和第二翼部126a、126b。互连部128，从该矩形片124的长边之一延伸到另一长边。翼部126a、126b以角α相互成角度的关系，角α在150-170°的范围内。此外，互连部的V形具有约110-130°的角度β。两个角α、β点指向两个相反的方向，给予吸气器片124类似W的形状。此外，吸气器片124装配有至少一个间距折板，用于提供安装后吸气器片124和阴极外壳112的内表面之间的间隙。在吸气器片124的每个短边，即在翼部126a、126b做出两个切口，并且每个中心部分被弯曲或折叠，以形成相应的外间距折板130。每个这样的外折板130被弯曲成相对于翼部126a、126b成大约90°的角度θ。进一步地，两个内折板132通过在每个相应的翼部126a、126b居中切削，从互连部128并沿进入翼的方向形成。这些内折板132将形成到互连部分128的延伸部并相对于翼部126a、126b成约40°的角度γ。所述内折板和外折板130、132两者均从吸气器片124的一侧突出，所述侧将面向阴极外壳112的内表面。此外，吸气器片124沿其长边设置有一个或多个切口134。在本实施方式中，制成四个切口134。一旦多个吸气器片124安装在阴极外壳112中，切口134将作为多个吸气器片124之间的流通间隙。
图5和6显示了在其中装配有吸气器片124的阴极外壳112。该片124容易地弯曲成U形并装配在阴极外壳112中在该环形壳体的内侧。互连部分128的纵向方向与细长的阴极外壳112的纵向轴线是对齐的。吸气器片124将在这里通过自身的回弹力在阴极外壳112中保持在合适位置。在控制栅连接点115的内侧，吸气器片124的翼部126a、126b的外边缘136会与阴极外壳112的径向突起116的内表面接触，从而防止吸气器片124松脱。吸气器片124的内折板和外折板130、132的边缘会与阴极外壳112的环形壳体的内表面接触，并且由此确保在吸气器片124与阴极外壳112之间提供间距。如图6所示，内折板132位于阴极外壳112的底部设置的管元件138的每一侧，并且V形互连部分128压在所述管元件138上。
在图5中，三个吸气器片124已相继地被安装在阴极外壳112中，且显示另外三个正好在外壳112上方，弯曲并等待被插入其中。但是应当理解的是，吸气器片124不是保留如图中所示的U形，它们仅仅示出该状态以促进对本发明的理解。本发明的吸气器片124不通过外力保持的时刻，它会弹回到如图4a-c的其原始的未拉紧的形状。
如在图5中可以看到的，片124被相互接近地放置且切口134提供间隙140便于来自由阴极外壳112的内表面和吸气器片材124限定的空间的气体流通。这防止在制造过程中以及在操作期间任何气体被截留在该空间中。
但是应当理解的是，可根据不同的阴极外壳112的具体设计和尺寸来选择吸气器片124的任何数量和大小。优选地，吸气器片124仅布置在丝状体120的电子产生的长度之内。以这种方式，可能保证吸气器片124的均匀加热，从而保证正确的活化和操作。正如在背景技术中所述，热是必要的，以活化吸气器片124。在制造电子束装置100的过程中，吸气器片124通过加热丝状体120至约2100至2500℃的温度来活化。当吸气器片124包括例如锆时，约670-770℃被认为是合适的活化温度时，相应地加热吸气器片124至温度约670-770℃。在电子束装置100的操作过程中，当丝状体120被加热至约1700℃以发射电子时，吸气器片材达到约500-600℃的温度时，使用包括锆的吸气器片材在该温度下吸收各种重要气体是良好的，尤其是H2、O2、N2、CO2和CO。这也是保持重新活化吸气器的合适的温度。
在图5和6中可以明显看出，阴极外壳112的半环形壳体的横截面并不平滑地滚圆，而是形成有刻面142或作为多边形链。这大大有利于在电子束装置的制造过程中使用的弯曲工艺。进一步地，阴极外壳112由不锈钢制成并设置有若干支柱部分144用作穿过阴极外壳112的细长形状部的加劲件。吸气器片124优选地安装在这些支柱部分144之间。
如所述的，阴极外壳112和管状体102是由不锈钢制成的。真空室由陶瓷材料制成的绝缘盘108进一步分隔。优选地，所述陶瓷材料由97-99.7％的Al2O3和剩余部分的SiO2和CaO组成。
替代地，阴极外壳可以由镍制成。
吸气器片是手工布置到阴极外壳中的。由于它们很薄，可以很容易地弯曲，因此最简单的方法是通过手工将它们插入。
虽然已相对于目前优选的实施方式描述了本发明，但是应当理解的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的目的和范围的情况下，可以做出各种修改和改变。

Claims (15)

1.一种电子束装置(100)，其包括：
设置有电子出射窗(104)的主体(102)，所述主体(102)至少部分地形成真空室；
设置在所述真空室中并且具有内表面的阴极外壳(112)；
设置在所述真空室中的至少一个电子产生丝状体(120)；
设置在所述阴极外壳(112)和所述丝状体(120)之间的至少一个吸气器片(124)，所述至少一个吸气器片(124)具有面向所述阴极外壳(112)的内表面的对置面；以及
所述至少一个吸气器片(124)的对置面和所述阴极外壳(112)的内表面之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的电子束装置(100)，其中所述主体(102)是细长的形状，所述出射窗(104)在所述主体(102)的纵向方向上延伸，所述阴极外壳(112)是细长的形状，并且所述至少一个电子产生丝状体(120)沿所述阴极外壳的所述细长形状部延伸。
3.根据权利要求1或2所述的电子束装置(100)，其中，所述至少一个吸气器片(124)被配置在所述阴极外壳(112)中。
4.根据权利要求1或2所述的电子束装置(100)，其中，所述吸气器片(124)被布置成弯曲的以配合在阴极外壳(112)中，并通过其自身的回弹力保持在合适位置。
5.根据权利要求1或2所述的电子束装置(100)，其中，所述吸气器片(124)设置有用于提供所述吸气器片(124)和所述阴极外壳(112)的内表面之间的间隙的至少一个间距折板(130,132)。
6.根据权利要求1或2所述的电子束装置(100)，其中，所述吸气器片(124)的厚度在0.025-0.075毫米的范围内。
7.根据权利要求1或2所述的电子束装置(100)，其中，所述阴极外壳(112)形成为细长的半环形壳体，并且所述至少一个丝状体(120)居中地位于所述细长的半环形壳体内并沿所述细长的半环形壳体延伸。
8.根据权利要求1或2所述的电子束装置(100)，其中，所述吸气器片(124)是非蒸发型的。
9.根据权利要求8所述的电子束装置(100)，其中，所述吸气器片(124)包括来自元素周期表中的IV-A族的材料。
10.根据权利要求9所述的电子束装置(100)，其中，所述吸气器片(124)是由锆制成的。
11.根据权利要求1或2所述的电子束装置(100)，其中，一个或多个吸气器片(124)沿着所述阴极外壳(112)的细长形状部布置。
12.根据权利要求11所述的电子束装置(100)，其中，一些吸气器片(124)相继地沿所述阴极外壳(112)的所述细长形状部布置，所述吸气器片(124)被布置在所述丝状体(120)的电子产生长度内。
13.根据权利要求5所述的电子束装置(100)，其中，在吸气器片(124)中有至少一个切口(134)，使得来自在所述吸气器片(124)和所述阴极外壳之间的间隙的气体循环变得容易。
14.一种吸气器片(124)，其适用于在电子束装置中使用，其中，所述吸气器片包括包含锆或钛的片材料，所述吸气器片设置有至少一个间距折板(130，132)用于提供所述吸气器片(124)和所述电子束装置(100)的表面之间的间隙，并且能够被布置成弯曲的以在所述电子束装置的丝状体(120)的电子产生长度内在所述电子束装置的阴极外壳(112)和所述丝状体(120)之间装配到所述电子束装置的所述阴极外壳(112)中，并且通过其自身的回弹力将保持在合适位置。
15.一种用于制造电子束装置(100)的方法，该电子束装置(100)具有主体(102)，所述主体(102)具有电子出射窗(104)，所述主体(102)形成或至少部分地形成真空室，所述真空室包括在其中的阴极外壳(112)和电子产生丝状体(120)，其中，所述方法包括：在所述丝状体(120)的电子产生长度内在所述阴极外壳(112)和所述丝状体(120)之间布置至少一个吸气器片(124)的步骤。
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