DE1515240B2

DE1515240B2 - Verfahren zur Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahles geladener Partikel und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1515240B2
Application number: DE1515240A
Authority: DE
Inventors: Richard Francis Windsor Donovan; Robert Mitchell Thomsonville Niedzielski
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1963-11-05
Filing date: 1964-01-27
Publication date: 1973-12-20
Also published as: NO115593B; SE309458B; CH457650A; ES296088A1; US3175073A; GB1058281A; BE643579A; DE1515240A1; NL6400664A; DE1515240C3

Description

ein magnetischer Linsensatz 16 vorgesehen. Der gebündelte Strahl 12 tritt aus einer Strahlaustrittsöffnung 34 aus.

Zwischen dem Werkstück 14 und der Vakuumkammer 10 ist ein Gehäuse 20 vorgesehen, das auf seiner Innenseite gegenüberliegende Wandflächen 22, 24 aufweist, die einen Gaszuführungskanal 26 zwi-

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sehen sich einschließen. Der Kanal 26 ist mit einer Strömen eines Teilstroms des Abdichtungsgases durch

Quelle 28 für ein inertes Abdichtungsgas verbunden, die Strahlaustrittsöffnung 34 zum Werkstück 14 hin.

die unter einem Druck P₃ steht, und führt zu einer Diese Gasströmung wirkt einem Verstopfen der

Kammer, die zum Vakuumgefäß 10 hin eine Strahl- Strahlaustrittsöffnung 34 entgegen. Die Abzweigung

durchlaßöffnung 29 und zum Werkstück 14 hin die 5 des Teilstroms erfolgt mittels eines Abspalters 38, der

Strahlaustrittsöffnung 34 aufweist. in zwei Richtungen entsprechend den eingezeichneten

Um zu verhindern, daß Abdichtungsgas oder Gas Pfeilen parallel und senkrecht zur Elektronenstrahlaus der Umgebung des Werkstücks 14 in die richtung verstellbar ist. Hierdurch kann die Stärke Vakuumkammer 10 eindringt, wird im Abdichtungs- des durch die Strahlaustrittsöffnung 34 abgeleiteten gas zwischen Strahldurchlaßöffnung 29 und Strahl- io Teilstroms und damit die Reinigungswirkung je nach austrittsöffnung 34 eine stehende Stoßwelle erzeugt. den Anwendungserfordernissen verändert werden.
Hierzu bilden die Wandflächen 22, 24 eine Über- Es hat sich gezeigt, daß die Reinigungswirkung des schalldüse mit einem Hals 30. Der Druck der Quelle Teilstroms besonders groß ist, andererseits die Ab-28 ist so groß, daß ein Fluß von Überschallgeschwin- zweigung des Teilstroms die Druckverteilung in der digkeit im Gaszuführungskanal 26 stromab des Hai- 15 genannten Kammer am wenigsten stört, wenn der ses 30 über der Strahlaustrittsöffnung 34 erzeugt wird. Teilstrom unter einem schrägen Winkel zur Elektro-An einer Kante 32 reißt der Abdichtungsgasstrom ab. nenstrahlrichtung geführt ist. Hierzu verläuft die dem Durch diese Ausbildung ergibt sich im Abdichtungs- Abdichtungsgasstrom zugewandte Wandung 40 des gasstrom auf der Seite der Wandfläche 22 und an der Abspalters 38 schräg von dem Elektronenstrahl 12 Kante 32 ein in Strömungsrichtung sinkender Druck 20 weg, und der Abspalter 38 ragt in den Abdichtungsentsprechend den in der Zeichnung angedeuteten, in gasstrom mit einer ihm entgegengesetzten Schneide Strömungsrichtung nach unten und von rechts nach hinein.

links verlaufenden Drucklinien. Dagegen bleibt der Der nicht durch die Strahlaustrittsöffnung 34 ab-

Druck auf der Seite der Wandfläche 24 und der geleitete Teil des Abdichtungsgasstroms wird stromab Strahlaustrittsöffnung 34 relativ hoch. 25 der Strahlaustrittsöffnung 34 unter einem Druck P₄

Der relativ hohe Druck des Abdichtungsgases abgeführt. Zur Abführung kann eine Pumpe ange-

oberhalb der Strahlaustrittsöffnung 34 führt zu einem schlossen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahles geladener Partikeln, die in einem Bereich relativ niedrigen Druckes erzeugt und gegen das zu bearbeitende Material gerichtet werden, das in einem Bereich relativ höheren Druckes liegt, bei dem zwischen den beiden Bereichen unterschiedlichen Druckes durch einen Fluß von unter Druck stehendem Abdichtungsgas ein Druckgefälle erzeugt wird, das kontinuierlich in Richtung von dem Bereich niedrigen Druckes zu dem Bereich höheren Druckes ansteigt, wobei

von der Strahlaustrittsöffnung und nach Material des Werkstücks verschieden starke Verschmutzungsneigung ist hierbei jedoch nicht möglich. Der Teilstrom wird daher im allgemeinen so stark zu bemessen sein, daß die Reinigungswirkung für alle Betriebsfälle ausreicht. Ein sehr starker abgezweigter Teilstrom kann jedoch die gewünschte Ausbildung der Stoßwelle in dem mit Überschallgeschwindigkeit fließenden Abdichtungsgas erschweren.

Es ist aus der schweizerischen Patentschrift 344 142 bekannt, bei der Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahls geladener Partikeln mittels Druckluft Gasströmungen zu erzeugen, die in der Strahlaustrittsöffnung einen abdichtend wirkenden Unter-

das Druckgefälle durch eine raumfeste, die bei- 15 druck erzeugen und gleichzeitig dazu beitragen, eine den Bereiche voneinander trennende Stoßwelle Verstopfung dieser Öffnung zu vermeiden. Eine Anpassung der Reinigungswirkung dieser Gasströmungen an verschiedene Betriebsfälle ist hierbei ebenfalls

in einem mit Überschallgeschwindigkeit im wesentlichen quer zur Strahlachse fließenden Abdichtungsgas erzeugt wird sowie von dem Ab- nicht möglich, dichtungsgasstrom ein Teilstrom abgezweigt und 20 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei unter einem schrägen Winkel zur Elektronen- einem Bearbeitungsverfahren der eingangs genannten Strahlrichtung durch eine von dem Strahl durchsetzte, zu der Bearbeitungskammer führende Öff

nung abgeleitet wird, nach Patent 1 298 850, d a -

kante in den Abdichtungsgasstrom hineinragt und zum Bereich relativ höheren Druckes hin schräg von dem Strahl (12) weg verläuft.

Art die Reinigungswirkung des abgezweigten Teilstroms an die Arbeitsbedingungen in der Weise anzupassen, daß ein günstiger Kompromiß zwischen

durch gekennzeichnet, daß die Abzwei- 25 den Belangen der Abdichtung des Hochvakuumraugung des Teilstroms mittels eines parallel und mes und der Freihaltung der Austrittsöffnung von senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung verstell- Verunreinigungen geschlossen wird, baren Abspalters erfolgt. Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- gangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 30 gelöst, daß die Abzweigung des Teilstroms mittels daß der Abspalter (38) mit einer scharfen Vorder- eines parallel und senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung verstellbaren Abspalters erfolgt.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann durch die Verstellung des Abspalters in einfacher Weise die Stärke des Teilstroms so eingestellt werden, daß einerseits eine genügende Reinigungswirkung er-

zielt wird, daß andererseits aber die Abdichtungswirkung des mit Überschallgeschwindigkeit fließenden Abdichtungsgasstromes möglichst weitgehend unge-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur 40 stört erhalten bleibt. Der Verbrauch an Abdichtungs-Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahles ge- gas kann damit auf das für den jeweiligen Anwenladener Partikeln, die in einem Bereich relativ niedri- dungsfall erforderliche Mindestmaß beschränkt bieigen Druckes erzeugt und gegen das zu bearbeitende ben.

Material gerichtet werden, das in einem Bereich rela- Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah-

tiv höheren Druckes liegt, bei dem zwischen den bei- 45 rens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, den Bereichen unterschiedlichen Druckes durch einen daß der Abspalter mit einer scharfen Vorderkante in Fluß von unter Druck stehendem Abdichtungsgas ein
Druckgefälle erzeugt wird, das kontinuierlich in Richtung von dem Bereich niedrigen Druckes zu dem
Bereich höheren Druckes ansteigt, wobei das Druck- 5°
gefälle durch eine raumfeste, die beiden Bereiche
voneinander trennende Stoßwelle in einem mit Überschallgeschwindigkeit im wesentlichen quer zur
Strahlachse fließenden Abdichtungsgas erzeugt wird

sowie von dem Abdichtungsgasstrom ein Teilstrom 55 in einer Vakuumkammer 10 enthaltenen, nicht näher abgezweigt und unter einem schrägen Winkel zur dargestellten Elektronenstrahlerzeugers ein Elektro-Elektronenstrahlrichtung durch eine von dem Strahl nenstrahl 12 erzeugt. Mit diesem wird ein Werkstück durchsetzte, zu der Bearbeitungskammer führende 14 bearbeitet. Das Werkstück 14 befindet sich in öffnung abgeleitet wird, nach Patent 1 298 850. einem Bereich von verhältnismäßig hohem Druck P₁,

Der abgezweigte Teilstrom verhütet bei dem Ver- ^6o während in der Vakuumkammer 10 ein niedrigerer fahren nach dem Hauptpatent ein Verstopfen der ge- Druck P₉ herrscht. Zur Bündelung des Strahls 12 ist nannten öffnung durch vom Strahlauftreffpunkt auf " ' " ~

dem Werkstück herrührende Verunreinigungen und darüber hinaus auch chemische Reaktionen an der Werkstückoberfläche, wenn das Gas ein inertes Gas ist. Eine Anpassung der Reinigungswirkung des abgezweigten Teilstroms an die je nach Arbeitsbedingungen, insbesondere nach Abstand des Werkstücks

den Abdichtungsgasstrom hineinragt und zum Bereich relativ höheren Druckes hin schräg von dem Strahl weg verläuft.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Bei der dargestellten Vorrichtung wird mittels eines