CN85108631A - 用于电子束处理机的高功率窗口和支承结构 - Google Patents

Abstract

用于真空电子束发生器或类似装置的高功率窗口包括一个或许多排列的导热性肋片，这些肋片平行且相互靠近地布置，弯曲地横跨过电子束薄膜窗口，真空压力使它们与薄膜内表面接触，肋片横断面在厚度上朝里逐渐变小。

Description

本发明涉及的是电子发射装置，尤其是一个经改进的电子束处理机的高功率窗口和支承结构，它们能够增加装置-如连续照射工艺中的电子发射装置所能承受的输出量。

现有的高功率电子束处理机窗口，包括它们的支承结构，例如一排排不仅支承起电子束可穿透金属窗口薄膜以承受大气压的，而且有散热器和/或向冷却剂导热的介质功能的肋片-如美国专利3440466所给出的，都有电子束截获问题和由于热膨胀及应用中的有关因素所引起的最终窗口破裂问题。如美国专利3442466公开的这类窗口结构可以允许75%到98%的透过率（25%到2%的垂直入射电子被肋片截获），但是当窗口结构宽于约0.5英寸时，已经发现热膨胀及有关的影响易引起肋片塌陷。在这种结构中，肋条的长度远大于厚度，这就使得较长的窗口框架易受真空变形，这时即使没有热膨胀问题也能使肋条弯曲。然而，增加肋片的厚度或数量将由于非垂直电子束截获的增加而减少通过窗口的电子数。

隔离真空的窗口薄膜（例如一个0.001英寸厚的铝薄膜）承受热和机械应力，这些应力正比于两个肋片之间距离的平方。然而，铝薄膜不能经受高温，而且因大气化学腐蚀还易损坏。对于高功率应用，当窗口薄膜在它的最佳条件下工作时，若肋片热膨胀并开始弯曲，这时的距离是临界值;此后薄膜将损坏并且不再能保持真空。

本发明的一个目的是要提供一种经改进的新型高功率电子束窗口结构，包括它的支承，该结构不具有已有窗口的上述缺点，而且对至今引起弯曲的工作环境条件不敏感。甚至对大窗口，高功率和/或长处理区也是一样。

本发明另一个目的是要提供一个新型的高功率薄膜窗口结构，它能限定窗口内的射流密度，从而扩大高功率处理能力。

本发明的又一目的是要提供一个具有高透射率的高功率窗口。

本发明的进一目的是要提供一个具有最小非垂直电子束截获的高功率窗口结构。

本发明的其它目的将在下面叙述，并且在权利要求书中还将更具体的描述。

总之，本发明的一个重要方面是涉及用于一个真空电子束发生器或类似装置的高功率窗口，与它结合的有一个纵向伸展的隔离真空用金属薄膜窗口，和一套或接连许多套平行且靠近设置的弯曲延伸的传导性肋片，真空压力使这些肋片和薄膜的内表面接触，这些肋片弯曲地横过薄膜两边缘之间的内表面。下面将给出可供选择的结构细节和最佳实施例，并参照附图描述本发明。

图1A和1B是体现了两种类型肋片的窗口的顶视平面图，根据本发明它们尤其可取。

图2A和2B是图1的经过比例放大的横剖面图，显示了可供选择的横断面结构。

图3A和3B是类似于图2A和2B的视图，显示了肋片与窗口的金属薄膜之间的接触界面关系。

图4是一个顶视平面图，显示了一个使用了图1中的一种肋片结构以及带有为结构整体性所加的柱支承件的大窗口。

图5是一个立视图，部分被剖去，它显示了根据本发明所构造的一个大窗口结构。

在平面图1A和1B中，用于电子发射装置，如电子束放射处理机或发生器的大窗口由1表示，它有一个由框架围绕的电子可穿透薄膜5，该框架包括和窗口一样长的刚性边缘支承件或壁2。许多带状弯曲的肋片F（图1A）和F′（图1B）固定在框架边缘壁2之间。

肋片F的形状是连续弧形，有唯一的曲率半径，而肋片F′的形状是S形的，有多个弯曲部。当装配了金属薄膜窗口5以隔离抽真空的电子束发生器后，框架内的肋片就压在薄膜5上，这时窗口两侧即真空和大气之间的压差为14.7P、S.i，并且在热传递接触中，这个压差保持薄膜压在肋片上。电子束垂直进入窗口平面，即图1A和1B平面。

如上面所述，窗口总成在使用中承受热与机械负荷。当电子发射装置（未示出，如美国专利3702412、3769600和4100450所述的类型）发射电子束，使电子朝着图1A和1B射去并穿过装置的真空区和薄膜窗口5进入窗口外的大气中（图1A和1B的下面）时，热负荷就在窗口1产生。热负荷基本上由五个因素造成：1）垂直电子束的截获，2）非垂直电子束的截获，3）电子通过薄膜5时的能量损失，4）来自空气或产品的电子回散射，5）由于电子束或化学反应等在窗口大气侧产生的热量。

本发明中的肋片F或F′在垂直于电子发射路径的平面内的弯曲减轻了现有窗口内存在的热变形和弯曲无控制问题，现有的线性或直肋片存在的问题，因为所有弯曲过的肋片F将沿相同的方向和以相同的量发生热膨胀（这种膨胀比线性肋片的情况要小得多）。于是，由肋片支承的薄膜窗口5将承受相当少的热和/或机械应力影响。

由于使用这种弧性弯曲肋片所带来的其它优点还包括对以下几点的改善：1）通过窗口的电子束的功率处理能力，即限定射流密度;2）窗口的透射率，鉴于肋片之间可能采用大间距（产生较小的电子非垂直截获和/或更佳的透射率）;3）使用较薄的薄膜5的能力，在较低加速电压（150KV或更低）时使用薄薄膜是基本的，因为减少电子能量就增加了薄膜5的截止功率;4）为了高功率和/或长处理区使用宽的和特别宽的窗口的能力;5）利用很长窗口的能力，这种窗口需经受真空负荷或窗框沿肋片F的真空变形;6）上述各项的组合。

现在参照图2A和2B，从图中可以看到，通过将现有线性肋片的标准矩形横断面，如L所指的点划线所示，变换成肋片F的横断面形状和面积将获得另外的一系列优点;图2A显示了基本呈三角形或多少有点像梯形的肋片F₁，图2B给出了多少有点像抛物线形的肋片F₂。射向但不是严格射向而是以一个小角度射向窗口5的电子e^-，如图2A最左边和图2B所示，将不会像矩形肋片L那样被截获。

此外，往上逐渐变尖的肋片F₁和F₂的斜坡使得肋片表面能够对射向肋片顶部或以小角度，如几度（3°）射向肋片的电子e^-产生反射，从而避免了截获，使电子能够通过窗口5。窗口1上热负荷应力的减少使得高电子束射流密度时的热负荷应力能通过窗口转移而没有有害的效应。通过给面对电子束的肋片F的表面涂敷一种高原子序数材料，例如钽，则能获得电子束朝着窗口大气一侧的更佳表面反射。另一方面，当阻止高速电子是一个更为紧要的问题时，给面对电子束的肋片F的表面和/或薄膜内表面涂敷一层低原子序数材料，例如铝，将会减小产生的X射线强度。

参照图3A和3B，它们分别对应于图2A和2B的肋片F₁和F₂，薄膜窗口5的肋片一侧的真空和窗口另一侧的大气压力P在薄膜窗口上产生轴向张力T，由于同时引起的如图所示的“山和谷”，张力T将阻碍肋片和薄膜之间有一个好的接触面积，肋片F的平直表面接触面更使接触变坏，如点A处。已经发现，如果肋片一薄膜接触表面有一个相对大的曲率半径R（图3A和3B）和很光滑的表面，则与薄膜窗口微弯曲部份的有效接触区的长度将获得显著改善，从而也改善了热传导性能。

现在回到薄膜窗口的构成问题，目前已经使用了钛薄膜。但如果用两种不同的很薄的薄膜来构造一个双金属薄膜窗口，例如把铝钛或铜钛结合在一起，便可达到改善高温寿命，抗拉强度和热导率的目的。使用这样的双金属薄膜所带来的优点包括：

1）由钛基片所带来的高强度;

2）传导率比只有钛时高3至15个指数，甚至更高，真空中薄膜5与肋片F之间的导热性变得更好。对于后者，是由于铜-铜或铝-铜交接，使高真空中的肋片F和薄膜5之间的热阻减小，金和银从经济上讲是不可取的。

利用本发明窗口结构的最佳方法是使用一列或许多那样的窗口，如图4和5所示，即组合式形式，它们并列（平行）布置在一个有纵向支承件2和横端支承件7的共同框架内，然而那样的大框架在使用中可能要经受很高的压力负荷，所以中间横柱6可以定间隔地设置在相邻纵向框架支承件2之间，以防止在高压力负荷情况下的弯曲，横柱6与窗结构连接，并起到厚度不同的肋片的作用，附图中它们显得厚些。横柱6对垂直电子的截获不能超过2%-10%，它可以在相邻窗口上纵向错开布置，如图4和图5所示。对于高性能运行，这样的结构也允许用一个大尺寸框架结构发射多路电子束。

在结合最佳实施例来描本发明的应用时，应当看到，作为本发明基础的各种改进也可以找到其它的正在寻找着具有这些改进的优点的应用领域，并且那些熟悉本技术领域的人利用了本发明所强调的技术来构造其它机械结构或改形都将被认为是利用了本发明权利要求所保护的发明范围或要素。

Claims (16)

1、用于真空电子束发生器或类似装置的高功率窗口，作为一个整体结构它有：一个隔离真空的纵向延伸金属薄膜窗口，一套或许多套平行且相互靠近布置的弯曲延伸的导热性肋片，真空压力使其固着在薄膜内表面上，并且弯曲地横越过纵向边缘之间的所述内表面。

2、如权利要求1中所述的高功率窗口，其中金属肋片的弯曲至少部分为S形或C形。

3、如权利要求2所述的高功率窗口，其中肋片的横断面从薄膜朝真空腔内逐渐变尖。

4、如权利要求3所述的高功率窗口，其中所述肋片的横断面基本呈抛物线性。

5、如权利要求3所述的高功率窗口，其中所述肋片具有基本呈三角形或梯形的横断面。

6、如权利要求1所述的高功率窗口，其中那些金属肋片包括具有不同横断厚度的肋片。

7、如权利要求1所述的高功率窗口，其中肋片至少有些部分覆盖有一种高原子序数元素，以增加电子束反射性能。

8、如权利要求7所述的高功率窗口，其中高原子序数元素是钽。

9、如权利要求1所述的高功率窗口，其中肋片的一部分覆盖有一种低原子序数元素，以减少由电子与肋片接触所产生的X射线。

10、如权利要求9所述的高功率窗口，其中低原子序数元素是铝。

11、如权利要求1所述的高功率窗口，其中金属薄膜面对电子束的表面上覆盖有一种低原子序数元素，以减少由电子与薄膜接触产生的X射线。

12、如权利要求11所述的高功率窗口，其中低原子序数元素是铝。

13、如权利要求2所述的高功率窗口，其中的金属薄膜是一个双金属薄膜。

14、如权利要求13所述的高功率窗口，其中的双金属薄膜包括钛。

15、如权利要求13所述的高功率窗口，其中的双金属薄膜包括铜。

16、如权利要求1所述的高功率窗口，其中固定在窗口的肋片的表面弯曲地附着在窗口的微弯曲部分。

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