1. Камера; 2 - спираль; 3 - основной анод; 4 - изолятор; 5 - промежуточный анод;

6 - катушка; 7 - вытягивающий электрод; 8 - вакуумный патрубок.

Поток электронов выходит в камеру через вакуумный патрубок 8, где он фокусируется магнитной линзой и отклоняется полем катушек.

Типовой режим работы рассмотренного источника: сила тока разряда дуги 0,1—12 А при напряжении горения дуги 50—150 В; сила тока пучка до 1,5 А при вытягивающем напряжении до 30 кВ. Даже при относительно малых токах разряда (2—1,5 А) и расходах газа плотность тока с границы плазмы составляет 25—100 А/см², а общий ток - единицы ампер. Используя анодные и вытягивающие системы с большим количеством отверстий, из плазменных эмиттеров можно извлекать токи силой до тысяч ампер.

К установкам ЭЛО материалов в вакууме относятся устройства для зонного переплава (очистки), выращивания монокристаллов, легирования полупроводников, сварки, нагрева с целью модифицирования структуры, испарения и для размерной обработки.

В промышленности эксплуатируются плавильные установки с различными узлами для создания мощного электронного пучка кольцевыми катодами, радиальными электронными излучателями и аксиальными пушками. В них подлежащий плавке металл вводится в вакуумную камеру с давлением порядка 10^-2—10^-3 Па, расплавляется электронным по­током и каплями стекает в водоохлаждаемый кристаллизатор, где кристаллизуемый слиток постепенно вытягивается из камеры.

Наибольшее распространение для выполнения термических процессов получили установки с аксиальными пушками. Возможность отдельной откачки их объемов до высокого вакуума, удаленность эмиттера электронов от зоны обработки и применение систем сканиро­вания лучом позволяют выполнять операции при высоких ускоряющих напряжениях и больших удельных мощностях. Такая установка изображена на рисунке 6. 15.

Рис. 6.15. Схема электроннолучевой установки для вакуумного переплава металлов: 1- привод перемещения слитка; 2- корпус; 3- подвижный шток;

4- переплавленный слиток; 5- кристаллизатор; 6- резервный металл для переплавки; 7,9- насосы; 8- электронная пушка; 10- электронный луч;

11- переплавляемый металл; 12- вакуумная камера.

Электроннолучевая сварка осуществляется путем образования локализованного расплава на стыке двух материалов или деталей с последующим его затвердеванием и образованием неразъемного соединения. Это единственный вид сварки, позволяющий осуществить практически все виды сварных швов, при этом в изделиях меньше проявляются термические напряжения и коробление. Глубина швов может значительно превосходить их ширину, составляющую в ряде случаев единицы микрометров. Однако проведение высококачественной электроннолучевой сварки требует точной подгонки кромок деталей свариваемого изделия.

Для сварочных процессов используют пушки небольшой мощности, обычно 1—3 кВт, хотя имеются и установки мощностью 250 и 1000 кВт для сварки легированных сталей толщиной 150…200 мм, обеспечивающие высокие скорости процесса и соотношение глубины шва к его ширине 25:1. Зона термического влияния шва при этом в 40 раз меньше, чем при многопроходной дуговой сварке под слоем флюса.

Нанесение покрытий методом ЭЛО осуществляется путем испарения материалов. Различают их по способу испарения: с использованием водоохлаждаемого тигля, автотигельные, бестигельные с испарением металла с поверхности свободно висящей капли (капельный анод). Возможно испарение одновременно из нескольких тиглей, расплавы в которых находятся при разных температурах.

Устройство распыления должно обеспечивать равномерное распределение плотности конденсирующихся паров с целью получения пленок равных толщин на значительных площадях. При этом концентрация загрязнений в конденсате должна быть минимальной.

Простота управления электронным пучком во времени и пространстве позволяет точно дозировать количество энергии, подводимой к расплаву. Следовательно, прямой нагрев поверх­ности испаряемого материала таким пучком открывает широкие возможности регулирования скорости испарения и распределе­ния плотности парового потока в пространстве перед мишенью.

Электроннолучевой испаритель (рис. 6.16) состоит из трех основных частей: электронной пушки, отклоняющей системы и водоохлаждаемого тигля.

Электронная пушка предназначеная для формирования потока электронов и состоит из вольфрамового термокатода 6 и фокусирующей системы 7. Электроны, эмиттируемые катодом, проходят фокусирующую систему, ускоря­ются за счет разности потенциалов между катодом и анодом (до 10 кВ) и формируются в электронный луч 8.

Рис. 6.16. Электроннолучевой испаритель:

1 - полюсный наконечник; 2 – электромагнит; 3 - водоохлаждаемый тигель;