Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
ванны, причем эта поверхность не экранируется расплавляемым электродом.
При достаточной мощности электронной пушки и производительности вакуумной
системы ЭЛУ является весьма эффективным рафинировочным агрегатом,
позволяющим использовать все приемы очистки металла от примесей в
условиях высокого .вакуума.
Электронно-лучевой нагрев применяется в следующих областях
промышленности: плавка тугоплавких и химически активных металлов;
спекание тугоплавких металлов; зонная очистка тугоплавких металлов и
полупроводниковых материалов; выращивание монокристаллов; термообработка
тугоплавких металлов.
Основной элемент плавильной ЭЛУ - электроннай пушка. По принципу
формирования электронных пучков они разделяются на электростатические и
магне-1
109
тронные. Существует несколько конструкций электростатических пушек.
Электростатическая электронная пушка с кольцевым катодом представляет
собой диод, катодом которого служит кольцевая нить из вольфрамовой
проволоки в полузакрытой кольцевой коробке, выполняющей роль
фокусирующего электрода, а анодом - расплавленный металл и расплавляемый
стержень. КПД установок данного типа близок к единице. Однако при
эксплуатации таких ЭЛУ оказалось невозможным обеспечить длительную работу
катода, интенсивно разрушающегося вследствие загрязнения его парами
расплавляемых металлов. По этой причине электронные пушки с кольцевым
катодом, работающие по принципу автоэлект-ронного нагрева, не применяют
для создания мощных плавильных ЭЛУ. Маломощные установки автоэлект-
ронного нагрева с ускоряющим напряжением 1 -
2,5 кВ очень удобны для зонной плавки металлов [25].
Электростатическая радиальная электронная пушка снабжена катодом
прямолинейной формы из вольфрамовой проволоки, нагреваемой проходящим по
ней током. Фокусирующий электрод выполнен в виде двугранного угла, в
вершине которого прорезана щель для размещения катода. Электроны,
ускоренные электрическим полем, уходят в щель анода в виде плоского
параллельного пучка при плоской эмиттирующей поверхности катода или
клинообразного расходящегося пучка при круглом сечении катода.
Применяя несколько пушек и изменяя их пространственное положение, можно
получить зону нагрева соответствующей конфигурации. Для плавильных ЭЛУ
необходимо от 3 до 10 радиальных пушек. Мощность отдельной радиальной
пушки составляет 10-35 кВт при ускоряющем напряжении 10-15 кВ и анодном
токе 1-1,5 А. Использование ускоряющего напряжения в указанных пределах
позволяет применять стандартные источники питания без выполнения
специальных мер по радиационной защите [25].
Недостатками ЭЛУ с радиальными пушками являются:
- сложность питания большого числа пушек в ЭЛУ большой мощности;
- громоздкость блока радиальных пушек и слож-
но
ность его размещения внутри рабочей камеры ЭЛУ;
- сложность создания ЭЛУ мощностью 1-2 мВт.
Стремление создать плавильную ЭЛУ с одном или небольшим числом
электронных пушек, обладающих самостоятельными вакуумными системами,
максимально отделенными и работающими независимо от вакуумной системы
рабочей камеры, привело к появлению аксиальных электронных пушек
мощностью от 30 до 1200 кВт, Создание соответствующего перепада давления
(в 2- 3 порядка) между камерой пушки и рабочей камерой требует увеличения
числа диафрагм и удлинения луче-вода, а следовательно, и ограничения
электронного пучка при помощи длинной магнитной катушки. Для фокусировки
и отклонения электронного пучка в нижней части электронно-оптической
системы размещены соответствующие катушки и устройства [25].
В магнетронных электронных пушках электронный пучок формируется в
магнитном поле и форма электростатического поля, создаваемого системой
катод - анод, не имеет решающего значения. Режим работы магнетронной
пушки в меньшей степени зависит от деформации электродов, что снижает
требования к их юстировке. По типу катода различают магнетронные пушки с
аксиальным или радиальным катодом прямого или косвенного нагрева.
Возможность применения кольцевых катодов с большой поверхностью позволяет
создавать мощные цилиндрические электронные пучки [25].
II. 8. Электрооборудование и схемы питания плавильных ЭЛУ
Из всех видов электротермического оборудования # электронно-лучевые
плавильные установки (ЭПУ) пред- * ставляют собой самый сложный комплекс
электротехнического оборудования, агрегатов и аппаратуры.
Главный потребитель электрической энергии - электронная пушка, где
имеются основные электрические цепи (цепь накала катода, цепь постоянного
тока высокого напряжения) и вспомогательные (цепи питания систем
фокусировки, отклонения и развертки электронного луча). К основным цепям
электропитания следует
111
также отнести цепи питания системы получения, измерения и контроля
вакуума, суммарная электрическая мощность которых нередко соизмерима, а
иногда превышает мощность всего остального оборудования ЭЛУ.
Электрическая схема плавильной ЭЛУ включает в себя цепи питания
электроприводов вспомогательных механизмов, а также цепи измерения,
