WO2018048376A1 - Аксиальная электронная пушка - Google Patents

Аксиальная электронная пушка Download PDF

Info

Publication number
WO2018048376A1
WO2018048376A1 PCT/UA2017/000064 UA2017000064W WO2018048376A1 WO 2018048376 A1 WO2018048376 A1 WO 2018048376A1 UA 2017000064 W UA2017000064 W UA 2017000064W WO 2018048376 A1 WO2018048376 A1 WO 2018048376A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cathode
electron gun
holder
axial
gun
Prior art date
Application number
PCT/UA2017/000064
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Виктор Александрович ТИМАШОВ
Андрей Анатольевич ЦЕПКАЛОВ
Сергей Иванович РЯБЕНКО
Александр Федорович БЕЛЯВИН
Георгий Сергеевич МАРИНСКИЙ
Алексей Владиславович ФИЛИППОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Патон Турбайн Текнолоджиз"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Патон Турбайн Текнолоджиз" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Патон Турбайн Текнолоджиз"
Priority to JP2019534631A priority Critical patent/JP6947436B2/ja
Priority to EP17849217.9A priority patent/EP3474307A4/en
Priority to CA3036261A priority patent/CA3036261C/en
Priority to SG11201901964UA priority patent/SG11201901964UA/en
Priority to US16/330,140 priority patent/US10636617B2/en
Priority to CN201780054490.5A priority patent/CN109791865B/zh
Priority to RU2018142852A priority patent/RU2699765C1/ru
Publication of WO2018048376A1 publication Critical patent/WO2018048376A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/06—Electron sources; Electron guns
    • H01J37/075—Electron guns using thermionic emission from cathodes heated by particle bombardment or by irradiation, e.g. by laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/15—Cathodes heated directly by an electric current
    • H01J1/18—Supports; Vibration-damping arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/26—Supports for the emissive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/06—Electron sources; Electron guns
    • H01J37/065—Construction of guns or parts thereof

Definitions

  • the invention belongs to the manufacturing industry of new materials and coatings and relates to devices of electron beam technology, namely to electron guns intended for electron beam heating, melting and evaporation of materials in a vacuum or in an atmosphere of reactive gases.
  • Axial electron guns are widely used in the process of electron-beam deposition on turbine blades of gas-turbine engines of ceramic materials based on Zr0 2 , Gd 2 0 3 or other oxides having heat-shielding properties.
  • Production of new materials and coatings in industrial volumes involves the production of finished products with the same physical and mechanical properties and performance characteristics. This can be achieved only under the condition that the electron gun for a sufficiently long service life keeps the process parameters unchanged.
  • the stability of the operation of electron guns of known designs can be ensured through the use of cathodes made of single-crystal tungsten, provided that the orientation of the crystal growth axis to the working surface of the cathode is strictly observed. This leads to the high cost of both the gun itself and the products manufactured with its help. Betting using cathodes made from cheaper polycrystalline tungsten poses certain difficulties. Due to the influence of high temperatures, the cathode changes its shape, which leads to a shift in its position in the electron-optical system of the gun and entails changes in the focusing and position of the electron beam. This may cause the electron beam to hit the internal parts of the beam transmitter and cause a melting of them, as well as the melting of the accelerating anode of the gun. The stability of the parameters and the reliability of the axial electron gun at the same time dramatically deteriorate.
  • a common drawback of the known designs of electron guns with a linear polycrystalline tungsten thermal cathode is the low stability of their work due to the disturbed focusing of the electron beam caused by high-temperature deformation of the cathode and, as a result, a change in its position relative to the optical axis of the electron gun.
  • the purpose of the invention is to increase the reliability of the electron gun by ensuring the stability of its parameters.
  • the technical problem of the claimed invention is to obtain a stable electron beam in a wide operating voltage range of the axial electron gun using a secondary cathode made of polycrystalline tungsten.
  • An electron gun which contains, in particular, the primary and secondary cathodes and is characterized in that a shaped holder is used to maintain a stable position of the secondary cathode relative to the electron beam axis of the axial gun, and a pulsating voltage is applied between the cathodes for bombardment with electrons of the secondary cathode.
  • the axial electron gun (Fig. 1) consists of: a beam transmitter (1) containing a deflecting system (2) and a flange for coupling with the water-cooled case of the accelerating anode (3), which in turn contains a focusing coil (4) and a replaceable anode (5 ).
  • a cathode plate (7) is installed through three high-voltage insulators (6), on which, in turn, the cathode assembly (8) is mounted.
  • the cathode assembly (Fig. 2) is a housing (9) to which two current leads (1 1) are attached through two flat ceramic insulators (10), on which a wire tungsten primary cathode (13), protected by thermal screens (14) and the primary focusing electrode (15), Also to the body (9) through the cap nut (16), the heat shield (17) and the clamp (18) secures the secondary (main) focusing electrode (19).
  • the secondary (main) cathode (20) has an annular groove on its lateral cylindrical surface. and is installed between the secondary focusing electrode (19) and the clamp (18) using a figure holder (21) made of tungsten wire and having the shape of a flat right triangle (Fig. Per), a quadrilateral (Fig. 36), a pentagon (Fig. Sv ) or a hexagon (Fig. 3g). This holder (21) allows you to center and fix the position of the secondary cathode (20) in the groove of the hole of the secondary focusing electrode (19).
  • the stated technical problem is solved by the fact that instead of a cathode with a centering ring of a round shape or a cathode with rod torsions, curly centering holders of flat regular triangular, quadrangular, pentagonal or hexagonal shapes are used.
  • the secondary cathode has an annular groove on the lateral cylindrical surface.
  • the focusing electrode also has a groove of a corresponding depth and diameter on the plane that is installed for the cathode.
  • the holder of the shaped form is put on the groove of the cathode and the cathode with the holder is inserted into the groove of the focusing electrode, where it is fixed with an additional clamp (Fig. 6).
  • the choice of the specific form of the holder depends on the ratio of the diameters of the secondary cathode and the focusing electrode.
  • deformation of the secondary polycrystalline tungsten cathode occurs.
  • the sides of the holder begin to work as springs and compensate for the change in the shape of the cathode, keeping its position relative to the electron-optical axis of the axial gun (Fig. 7).
  • the studies conducted by the authors showed that the holders of the new form compensate for changes in the geometric dimensions of tungsten cathodes caused by both thermal expansion and thermal shrinkage. This technical result makes it possible to successfully apply cheaper tungsten cathodes made by powder pressing.
  • cathode holders of regular quadrangular shape (square), pentagonal or hexagonal shape also provided cathode life before replacing for at least 100 hours, while the probability of an electron gun failure in all cases did not exceed 10 % It has been established that the absence of a clear correlation between the shape of the holder and the probability of failure of the axial gun in the case of four, five or six-sided forms of the holder is due solely to the quality of the material of the tungsten wire and the manufacturability of the holder.
  • Technological effectiveness in this case refers to the ability of a tool to provide a bend angle of a tungsten wire of a given diameter without cracking the surface of the wire to obtain a flat regular geometric shape of the holder — a triangle, a quadrilateral, a pentagon or a hexagon.
  • cathode diameter of 18 mm and more - hexagon cathode diameter of 18 mm and more - hexagon.
  • FIG. 1 the main elements of the design of an axial electron gun, a vertical section
  • FIG. 2 cathode assembly design, vertical section
  • FIG. ZG the location of the shaped holder in the form of a flat regular polygon relative to the secondary cathode, horizontal section;
  • FIG. 4 is a diagram of the installation of the secondary cathode using a ring of circular shape, vertical and horizontal cuts;
  • FIG. 5 installation diagram of the secondary cathode with the help of holders in the form of rod torsions, vertical and horizontal cuts;
  • FIG. 6 is a diagram of the installation of the secondary cathode using a holder in the form of a flat right triangle, vertical and horizontal cuts;
  • FIG. 7 compensation of high-temperature deformation of the secondary cathode with the help of the holder in the form of a flat right triangle;
  • FIG. 8 is a diagram of the dependence of the operation time of an axial electron gun depending on the method of mounting the secondary cathode.
  • An axial electron gun (FIG. 1), including a cathode assembly (FIG. 2), works in this way.
  • An alternating voltage of 4-10 VAC is supplied to the current leads (11), due to which a glow current flows through the wire tungsten primary cathode (13) in the range of 20 ... 80 A, which heats the primary cathode.
  • a bombardment voltage in the range of -0.5 ... -2.5 kV is applied between the primary cathode (13) and the secondary cathode (20). Electrons emitted from the primary the cathode bombarded the secondary cathode, leading to its heating to a temperature of “2800 ° C.
  • the degree of heating of the secondary cathode (20) depends on the filament current of the primary cathode (13) and the voltage of the bombardment.
  • an accelerating voltage is applied in the range of 18 ... 30 kV, under the action of which electrons leave the cathode (20), are focused by a focusing electrode (15) and through the hole in the accelerating anode (5) they pass to the axial electron gun beam guide (1), in which the electron beam thus formed is additionally focused by the focusing coil (4) and deflected in the right direction by the deflecting system (2), which also impl It scans the electron beam.
  • the incandescent current of the primary cathode (13) it is possible to regulate the values of the bombardment current of the secondary cathode (20), and hence the current of the gun beam.
  • FIG. 8 shows a diagram of the dependence of the duration of the axial electron gun in hours on the method of mounting the secondary cathode:

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Аксиальная электронная пушка содержит первичный (13) и вторичный (20) катоды и характеризуется тем, что для сохранения стабильного положения вторичного катода (20) относительно электроннолучевой оси аксиальной пушки использован держатель (21) фигурной формы, выполненный из поликристаллической вольфрамовой проволоки, а для бомбардировки электронами вторичного катода между катодами прикладывают пульсирующее напряжение.

Description

АКСИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение принадлежит к отрасли изготовления новых материалов и покрытий и относится к устройствам электроннолучевой технологии, а именно к электронным пушкам, предназначенным для электроннолучевого нагрева, плавки и испарения материалов в вакууме или в атмосфере реактивных газов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны электронные пушки с линейным термокатодом, в частности, описанные в патентах на изобретение Украины N_> 21440А (Б.А. Мовчан, В. А. Тимашов, Е.Л. Пиюк), Х° 43927 (Б.А. Мовчан, О.Я. Гаврилюк), Ш 93182 (В. А. Тимашов, О.Л. Жданов, СИ. Рябенко, А.А. Цепкалов, С. Берне) и другие, конструкция которых характеризуется наличием лучевода, ускоряющего анода и катодного узла, который, в свою очередь, содержит раму или катодную плиту, изоляторы, катододержатели, фокусирующий электрод. Фокусирующий электрод размещается соосно с линейным термокатодом, благодаря чему такие электронные пушки получили название аксиальных.
Аксиальные электронные пушки, помимо прочего, широко используются в процессе электроннолучевого нанесения на лопатки турбин газотурбинных двигателей керамических материалов на основе Zr02, Gd203 или других оксидов, имеющих теплозащитные свойства. Производство новых материалов и покрытий в промышленных объемах предполагает получение готовой продукции с одинаковыми физико- механическими свойствами и эксплуатационными характеристиками. Достичь этого возможно лишь при условии, что электронная пушка в течение достаточно длительного срока службы сохраняет неизменными параметры технологического процесса.
В настоящее время стабильность работы электронных пушек известных конструкций может быть обеспечена благодаря использованию катодов, изготовленных из монокристаллического вольфрама, при условии жесткого соблюдения ориентации оси роста кристалла к рабочей поверхности катода. Это обусловливает высокую стоимость как самой пушки, так и продукции, произведенной с ее помощью. Пари использовании катодов, изготовленных из более дешевого поликристаллического вольфрама, возникают определенные сложности. Вследствие влияния высоких температур катод изменяет свою форму, что приводит к смещению его положения в электронно-оптической системе пушки и влечет за собой изменения в фокусировке и положении электронного луча. Это может стать причиной попадания электронного луча на внутренние детали лучевода и повлечь за собой их расплавление, а также оплавление ускоряющего анода пушки. Стабильность параметров и надежность работы аксиальной электронной пушки при этом резко ухудшаются.
Таким образом, общим недостатком известных конструкций электронных пушек с линейным термокатодом из поликристаллического вольфрама является низкая стабильность их работы из-за нарушения фокусировки электронного луча, вызванного высокотемпературной деформацией катода и, как следствие, изменением его положения относительно оптической оси электронной пушки. Исходя из этого, цель изобретения заключается в повышении надежности работы электронной пушки путем обеспечения стабильности ее параметров. В качестве прототипа взята аксиальная электронная пушка конструкции В. А. Тимашова с соавторами по патенту США N° 081591 18 компании United Technologies Corporation.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача заявляемого изобретения - получение стабильного электронного луча в широком диапазоне рабочего напряжения аксиальной электронной пушки при использовании вторичного катода, изготовленного из поликристаллического вольфрама.
Заявляется электронная пушка, которая содержит, в частности, первичный и вторичный катоды и характеризуется тем, что для сохранения стабильного положения вторичного катода относительно электроннолучевой оси аксиальной пушки используется держатель фигурной формы, а для бомбардировки электронами вторичного катода между катодами прикладывают пульсирующее напряжение. Аксиальная электронная пушка (фиг. 1) состоит из: лучевода (1), содержащего отклоняющую систему (2) и фланец для стыковки с водоохлаждаемым корпусом ускоряющего анода (3), который в свою очередь содержит фокусирующую катушку (4) и сменный анод (5). На корпусе ускоряющего анода (3) через три высоковольтных изолятора (6) установлена катодная плита (7), на которой, в свою очередь, крепится катодный узел (8).
Катодный узел (фиг. 2) представляет собой корпус (9), к которому через два плоских керамических изолятора (10) крепятся два токоподвода (1 1), на которых через прижимы (12) устанавливается проволочный вольфрамовый первичный катод (13), защищенный тепловыми экранами (14) и первичным фокусирующим электродом (15), Также к корпусу (9) через накидную гайку (16), тепловой экран (17) и прижим (18) крепится вторичный (основной) фокусирующий электрод (19). Вторичный (основной) катод (20) имеет кольцевидную проточку на своей боковой цилиндрической поверхности и устанавливается между вторичным фокусирующим электродом (19) и прижимом (18) с помощью фигурного держателя (21), выполненного из вольфрамовой проволоки и имеющего форму плоского правильного треугольника (фиг. За), четырехугольника (фиг. 36), пятиугольника (фиг. Зв) или шестиугольника (фиг. Зг). Этот держатель (21) позволяет центрировать и фиксировать положение вторичного катода (20) в проточке отверстия вторичного фокусирующего электрода (19).
В электронной пушке - прототипе по патенту США Ν° 081591 18 вторичный катод устанавливается между фокусирующим электродом и прижимом с помощью кольца круглой формы (фиг. 4). Также известна аксиальная электронная пушка по патенту США N° 3556600 компании Westinghouse Electric Corporation и аналогичные ей устройства, в которых вторичный катод крепится с помощью трех тонких вольфрамовых торсионов в виде стержней диаметром до 1 мм, установленных в соответствующих отверстиях на внешней боковой поверхности катода под углом 120° относительно друг друга (фиг. 5).
Поставленная техническая задача решается тем, что вместо катода с центрирующим кольцом круглой формы либо катода со стержневыми торсионами применяют фигурные центрирующие держатели плоской правильной треугольной, четырехугольной, пятиугольной или шестиугольной формы. Вторичный катод имеет кольцевую проточку на боковой цилиндрической поверхности. Фокусирующий электрод также имеет проточку соответствующей глубины и диаметра на установочной для катода плоскости. Держатель фигурной формы надевается на проточку катода и катод с держателем вставляется в проточку фокусирующего электрода, где фиксируется дополнительным прижимом (фиг. 6). Выбор конкретной формы держателя зависит от соотношения диаметров вторичного катода и фокусирующего электрода. При нагревании происходит деформация вторичного катода из поликристаллического вольфрама. Однако стороны держателя начинают работать как рессоры и компенсируют изменение формы катода, сохраняя его положение относительно электронно-оптической оси аксиальной пушки (фиг. 7). Проведенные авторами исследования показали, что держатели новой формы компенсируют изменения геометрических размеров вольфрамовых катодов, вызванные как термическим расширением, так и термической усадкой. Этот технический результат позволяет с успехом применять более дешевые вольфрамовые катоды, изготовленные методом порошкового прессования.
При использовании вторичных катодов с кольцевой проточкой и фиксирующим держателем в форме кольца (фиг. 4) наблюдались частые случаи прекращения технологического процесса вследствие потери фокусировки электронным лучом, вызванной деформацией катода. При этом иногда даже происходило вываливание катода с последующим коротким замыканием высоковольтного источника питания и полной остановкой технологического процесса, то есть невозможностью использовать даже резервные пушки. Как следствие, все детали, находившиеся в технологической камере, отправлялись на переработку, то есть снятие и повторное нанесение покрытия. Кроме этого, после проведения технологического процесса испарения керамики наблюдался эффект паразитного запыления зазоров между фиксирующим держателем в форме кольца и вторичным катодом в зоне кольцевой проточки, связанный с разницей остаточного давления кислорода между рабочей камерой (камерой напыления) и камерой пушек. Теплозащитная оксидная керамика при комнатной температуре, как правило, является диэлектриком. По этой причине формирование паразитной диэлектрической прослойки в относительно равномерных зазорах между кольцевым держателем и вторичным катодом приводило к тому, что при выключении аксиальной пушки после ее полного охлаждения необходимо было значительное время для разрушения указанной диэлектрической прослойки и восстановления номинального потенциала -20 кВ на вторичном катоде.
При использовании вторичных катодов, закрепленных с помощью трех торсионов (фиг. 5), после непродолжительной работы электронных пушек наблюдалось нарушение фокусировки луча, вызванное деформацией катода и самих торсионов, которое сопровождалось изменением положения катода относительно оптической оси электронной пушки. Вследствие нарушения фокусировки наблюдалось повышенное оседание электронов на ускоряющий анод, сопровождаемое частыми пробоями ускоряющего напряжения. При этом также заметно снижалась скорость испарения керамических слитков и увеличивалось время нанесения керамического покрытия на детали.
При использовании способа фиксации вторичного катода с помощью кольцевой проточки и держателя плоской правильной треугольной формы (фиг. 6) получено заметное улучшение стабильности работы аксиальной электронной пушки на весь расчетный срок службы катода.
До конца расчетного срока службы пушки наблюдалось определенное ухудшение фокусировки электронного луча, связанное с физическим износом катода, однако при этом как фокусировка, так и частота пробоев ускоряющего напряжения оставались в приемлемых границах. Использование держателя плоской правильной треугольной формы позволило геометрически уменьшить зазоры между держателем и катодом. В результате удалось существенно понизить влияние паразитного запыления зазоров, благодаря чему после полного охлаждения аксиальной электронной пушки обеспечивается ее выход на номинальный режим с существенным, по сравнению с держателем кольцевой формы, снижением потерь времени на удаление диэлектрической паразитной прослойки.
Дальнейшие исследования относительно оптимизации формы держателя позволили сделать вывод о том, что использование держателей катода правильной четырехугольной формы (квадрат), пятиугольной или шестиугольной формы также обеспечивают ресурс катода до замены не менее 100 часов, при этом вероятность отказа электронной пушки во всех случаях не превышала 10%. Установлено, что отсутствие четкой корреляции между формой держателя и вероятностью отказа аксиальной пушки в случае четырех-, пяти- и шестиугольной формы держателя обусловлена исключительно качеством материала вольфрамовой проволоки и технологичностью изготовления держателя. Под технологичностью в данном случае понимается способность оснастки обеспечить угол загиба вольфрамовой проволоки данного диаметра без растрескивания поверхности проволоки для получения плоской правильной геометрической формы держателя - треугольника, четырехугольника, пятиугольника или шестиугольника.
Экспериментально также установлено следующее. Существует оптимальная форма держателя вторичного катода в зависимости от его диаметра (и, как следствие, массы). Установлено и практически продемонстрировано, что наиболее эффективными с точки зрения соотношения «форма держателя - надежность работы аксиальной электронной пушки» как в момент включения, так и на стадии установившегося процесса интенсивного испарения керамического материала с учетом паразитного осаждения керамики в зазоры между держателем и вторичным катодом при остаточном давлении кислорода в камере пушек не выше 0,67 Па (5χ 10'3 Торр), являются следующие сочетания «диаметр катода - форма держателя»:
диаметр катода 8-10 мм - треугольник;
диаметр катода 10-14 мм - треугольник или четырехугольник;
диаметр катода 14-16 мм - четырехугольник;
диаметр катода 16-18 мм - пятиугольник;
диаметр катода 18 мм и более - шестиугольник.
Традиционно для бомбардировки вторичного катода принято использовать стабилизированное постоянное напряжение. Однако, вследствие близкого расположения первичного (13) и вторичного (20) катодов и недостаточного уровня вакуума, между катодами может развиваться произвольный ионно-плазменный разряд, который приводит 6
к неконтролируемому нагреванию вторичного катода и вызывает неконтролируемый рост тока луча аксиальной пушки. Для предупреждения этого явления предлагается использовать пульсирующее напряжение бомбардировки вторичного катода (20), которое позволяет обрывать только что зародившийся плазменно-дуговой разряд, и благодаря этому не допускать развития неконтролируемых процессов внутри аксиальной электронной пушки, повышая стабильность ее работы. Благодаря относительно большой массе вторичного катода (20) пульсирующее напряжение бомбардировки не вызывает подобных ему пульсирующих изменений его температуры, что в итоге предупреждает пульсацию тока луча аксиальной электронной пушки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Заявляемое изобретение поясняется, но не ограничивается чертежами, на которых изображено, на:
Фиг. 1 - основные элементы конструкции аксиальной электронной пушки, вертикальный разрез;
Фиг. 2 - конструкция катодного узла, вертикальный разрез;
Фиг. За-г - расположение фигурного держателя в форме плоского правильного многоугольника относительно вторичного катода, горизонтальный разрез;
Фиг. 4 - схема установки вторичного катода с помощью кольца круглой формы, вертикальный и горизонтальный разрезы;
Фиг. 5 - схема установки вторичного катода с помощью держателей в виде стержневых торсионов, вертикальный и горизонтальный разрезы;
Фиг. 6 - схема установки вторичного катода с помощью держателя в форме плоского правильного треугольника, вертикальный и горизонтальный разрезы;
Фиг. 7 - компенсирование высокотемпературной деформации вторичного катода с помощью держателя в форме плоского правильного треугольника;
Фиг. 8 - диаграмма зависимости длительности работы аксиальной электронной пушки в зависимости от способа крепления вторичного катода.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аксиальная электронная пушка (фиг. 1), включающая в себя катодный узел (фиг. 2) работает таким образом. К токоподводам (11) подается переменное напряжение 4-10 VAC, благодаря чему через проволочный вольфрамовый первичный катод (13) протекает ток накаливания в диапазоне 20...80 А, который нагревает первичный катод. Между первичным катодом (13) и вторичным катодом (20) приложено напряжение бомбардировки в диапазоне -0.5... -2.5 kV. Электроны, эмитированные из первичного катода, бомбардируют вторичный катод, приводя к его нагреванию до температуры «2800°С. Степень нагревания вторичного катода (20) зависит от тока накаливания первичного катода (13) и напряжения бомбардировки. Между вторичным катодом (20), закрепленным с помощью держателя в форме плоского правильного многоугольника, и анодом (5) приложено ускоряющее напряжение в диапазоне 18...30 kV, под действием которого электроны покидают катод (20), фокусируются фокусирующим электродом (15) и сквозь отверстие в ускоряющем аноде (5) проходят к лучеводу аксиальной электронной пушки (1), в котором сформированный таким образом электронный луч дополнительно фокусируется фокусирующей катушкой (4) и отклоняется в нужном направлении отклоняющей системой (2), которая также осуществляет сканирование электронного луча. Таким образом, изменяя величину тока накаливания первичного катода (13), можно регулировать значения тока бомбардировки вторичного катода (20), а следовательно, и тока луча пушки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
На фиг. 8 представлена диаграмма зависимости длительности работы аксиальной электронной пушки в часах от способа крепления вторичного катода:
1. Фиксация катода держателем в форме кольца.
2. Фиксация катода тремя независимьми торсионами.
3. Фиксация катода заявляемым держателем правильной треугольной формы.
Из приведенной диаграммы видно, что заявленное техническое решение в сравнении с прототипом позволяет увеличить длительность работы аксиальной электронной пушки в штатном режиме более, чем в три раза, и почти в полтора раза - по сравнению с креплением вторичного катода с помощью торсионов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Аксиальная электронная пушка, состоящая из первичного катода, вторичного катода, ускоряющего анода, лучевода, фокусирующей катушки, отклоняющей системы, системы питания и вакуумной системы, которая отличается тем, что для сохранения стабильного положения вторичного катода относительно электроннолучевой оси аксиальной пушки применяется держатель фигурной формы, выполненный из поликристаллической вольфрамовой проволоки в виде плоского правильного треугольника, четырехугольника, пятиугольника или шестиугольника, и который надевается на кольцевую проточку цилиндрической боковой поверхности катода.
2. Аксиальная электронная пушка по пункту 1, отличающаяся тем, что для бомбардировки электронами вторичного катода между вторичным и первичным катодами приложено пульсирующее напряжение, которое позволяет обрывать при их зарождении процессы ионно-плазменного разряда между катодами.
PCT/UA2017/000064 2016-09-07 2017-06-09 Аксиальная электронная пушка WO2018048376A1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019534631A JP6947436B2 (ja) 2016-09-07 2017-06-09 同軸型電子銃
EP17849217.9A EP3474307A4 (en) 2016-09-07 2017-06-09 AXIAL ELECTRONIC GUN
CA3036261A CA3036261C (en) 2016-09-07 2017-06-09 Axial electron gun
SG11201901964UA SG11201901964UA (en) 2016-09-07 2017-06-09 Axial electron gun
US16/330,140 US10636617B2 (en) 2016-09-07 2017-06-09 Axial electron gun
CN201780054490.5A CN109791865B (zh) 2016-09-07 2017-06-09 轴向电子枪及轴向电子枪中电子束的稳定方法
RU2018142852A RU2699765C1 (ru) 2016-09-07 2017-06-09 Аксиальная электронная пушка

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201609313 2016-09-07
UAA201609313A UA113827C2 (xx) 2016-09-07 2016-09-07 Аксіальна електронна гармата

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018048376A1 true WO2018048376A1 (ru) 2018-03-15

Family

ID=58503834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2017/000064 WO2018048376A1 (ru) 2016-09-07 2017-06-09 Аксиальная электронная пушка

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10636617B2 (ru)
EP (1) EP3474307A4 (ru)
JP (1) JP6947436B2 (ru)
CN (1) CN109791865B (ru)
CA (1) CA3036261C (ru)
RU (1) RU2699765C1 (ru)
SG (1) SG11201901964UA (ru)
UA (1) UA113827C2 (ru)
WO (1) WO2018048376A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6636472B2 (ja) 2017-02-28 2020-01-29 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子源およびそれを用いた電子線装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2099625B (en) * 1981-05-29 1985-02-27 Denki Kagaku Kogyo Kk Thermionic emission cathode
DE3534792A1 (de) * 1985-09-30 1987-04-02 Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg Elektronenstrahlerzeuger mit einer direkt und einer indirekt beheizbaren katode
SU1572328A1 (ru) * 1988-02-19 1995-01-09 Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина Электронная пушка

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1572328A (en) * 1924-06-11 1926-02-09 E & T Fairbanks And Company Platform scale
AT233741B (de) * 1961-04-25 1964-05-25 Schwarzkopf Fa Hans Verschluß für Phiolen
DE1142664B (de) * 1962-02-17 1963-01-24 Heraeus Gmbh W C Gluehkathode
US3556600A (en) 1968-08-30 1971-01-19 Westinghouse Electric Corp Distribution and cutting of rocks,glass and the like
FR2315766A1 (fr) * 1975-06-23 1977-01-21 Sciaky Sa Canon a electrons
US4057476A (en) 1976-05-26 1977-11-08 General Dynamics Corporation Thin film photovoltaic diodes and method for making same
US4084077A (en) 1977-05-10 1978-04-11 Igor Antonovich Porazhinsky Cathode assembly of electron beam welding gun
JPS6025857B2 (ja) 1979-05-17 1985-06-20 電気化学工業株式会社 電子銃
JPH0417247A (ja) * 1990-05-10 1992-01-22 Fujitsu Ltd 電界電離型イオン源
JPH07335161A (ja) * 1994-06-03 1995-12-22 Hitachi Medical Corp 電子銃
JPH08250056A (ja) * 1995-03-07 1996-09-27 Himu Electro Kk イオン発生装置およびこのイオン発生装置を用いた洗浄装置
US6548946B1 (en) * 2000-11-02 2003-04-15 General Electric Company Electron beam generator
UA43927C2 (uk) 2000-12-26 2002-01-15 Міжнародний Центр Електронно-Променевих Технологій Інституту Електрозварювання Ім. Е.О. Патона Нан України Електронна гармата з лінійним термокатодом для електронно-променевого нагрівання
JP4262002B2 (ja) 2003-06-30 2009-05-13 株式会社堀場製作所 電界放出型電子銃
FR2861215B1 (fr) * 2003-10-20 2006-05-19 Calhene Canon a electrons a anode focalisante, formant une fenetre de ce canon, application a l'irradiation et a la sterilisation
JP2006331853A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Jeol Ltd フィラメントアセンブリ及び電子銃並びに電子ビーム装置
US8159118B2 (en) * 2005-11-02 2012-04-17 United Technologies Corporation Electron gun
JP4636082B2 (ja) * 2007-12-27 2011-02-23 日新イオン機器株式会社 カソード保持構造およびそれを備えるイオン源
DE102010049521B3 (de) * 2010-10-25 2012-04-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls
RU130535U1 (ru) 2013-02-28 2013-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") Катодный узел для электронно-лучевой пушки (варианты)
KR102359077B1 (ko) * 2013-12-30 2022-02-07 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 캐소드 어레인지먼트, 전자총, 및 그런 전자총을 포함하는 리소그래피 시스템
JP6346034B2 (ja) * 2014-08-29 2018-06-20 日本電子株式会社 ３次元像構築方法、画像処理装置、および電子顕微鏡

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2099625B (en) * 1981-05-29 1985-02-27 Denki Kagaku Kogyo Kk Thermionic emission cathode
DE3534792A1 (de) * 1985-09-30 1987-04-02 Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg Elektronenstrahlerzeuger mit einer direkt und einer indirekt beheizbaren katode
SU1572328A1 (ru) * 1988-02-19 1995-01-09 Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина Электронная пушка

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3474307A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6947436B2 (ja) 2021-10-13
CA3036261C (en) 2024-03-26
CA3036261A1 (en) 2018-03-15
CN109791865B (zh) 2021-02-23
US20190214220A1 (en) 2019-07-11
SG11201901964UA (en) 2019-04-29
JP2019526922A (ja) 2019-09-19
RU2699765C1 (ru) 2019-09-10
CN109791865A (zh) 2019-05-21
EP3474307A1 (en) 2019-04-24
US10636617B2 (en) 2020-04-28
EP3474307A4 (en) 2020-03-04
UA113827C2 (xx) 2017-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9127354B2 (en) Filtered cathodic arc deposition apparatus and method
US6750600B2 (en) Hall-current ion source
EP2633543B1 (de) Vorrichtung zum erzeugen eines elektronenstrahls
US20080138529A1 (en) Method and apparatus for cathodic arc ion plasma deposition
US9281160B2 (en) Insulation structure and insulation method
US20070034501A1 (en) Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration
WO2018048376A1 (ru) Аксиальная электронная пушка
KR102463668B1 (ko) 절연구조
US20020148941A1 (en) Sputtering method and apparatus for depositing a coating onto substrate
WO2011043353A1 (ja) 電子銃用フィラメント及びその製造方法
US20180233316A1 (en) Electron beam projector with linear thermal cathode
EP1162647A2 (de) Kathodenelektrode für Plasmaquellen und Plasmaquelle einer Vakuum-Beschichtungsanordnung
US20240062995A1 (en) Hollow cathode system for generating a plasma and method for operating such a hollow cathode system
TWI707608B (zh) 真空電弧源
KR101858921B1 (ko) 이온주입기용 전자방출 캐소드 및 이온발생장치
RU2364980C1 (ru) Аксиальная электронная пушка
RU2427940C1 (ru) Плазменный эмиттер электронов
RU2777038C1 (ru) Газоразрядная электронно-лучевая пушка
JP2010248574A (ja) 蒸着装置及び蒸着方法。
RU161743U1 (ru) Вакуумная установка для нанесения сверхтвердого покрытия на основе аморфного углерода
RU2163042C2 (ru) Электронная пушка с плазменным эмиттером
JP3060647B2 (ja) フリーマンイオン源
WO2023111650A1 (ru) Мишень из магнитного материала для магнетронного распыления
Melnyk et al. Recent Progress in Development of Gas-Discharge Electron Beam Guns Providing Extension of their Technological Capabilities
Tiron et al. Control of the thermionic vacuum arc plasma

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17849217

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017849217

Country of ref document: EP

Effective date: 20190115

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019534631

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3036261

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE