Электронно лучевая трубка принцип работы
Электронно-лучевая трубка — принцип работы
Совсем недавно электронно-лучевая трубка была распространена в самых различных устройствах, например, аналоговых осциллографах, а также в отраслях радиотехники – телевидении и радиолокации.
Но прогресс не стоит на месте, и электронно-лучевые трубки начали постепенно вытесняться более современными решениями.
Но в некоторых устройствах их все же применяют.
Основная группа электронно-лучевых трубок – осциллографические трубки, основным назначением которых является исследование быстрых изменений тока и напряжения.
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)
ЭЛТ — электронный электровакуумный прибор, в котором используется поток электронов, сконцентрированный в форме луча, и создающий на специальном экране видимое изображение.
Катод служит источником электронов, которые собираются в узкий луч фокусирующей системой, разгоняются в ускоряющем поле, создаваемом анодами и попадают на экран, покрытый люминофором — веществом, способным светиться при бомбардировке его электронами.
Модулятор (управляющий электрод) имеет отрицательный относительно катода потенциал, который регулирует плотность потока электронов, а следовательно — яркость свечения экрана.
Первый анод (фокусирующий электрод) — фокусирует пучок электронов и определяет его диаметр. Кроме того, первый и второй аноды создают для электронов ускоряющее поле, достаточное для вызывания свечения люминофора. Для этого на аноды подается высокое напряжение: на первый анод от сотен вольт до нескольких киловольт, на второй — от единиц кВ до десятков кВ.
Для управления положением светящегося пятна на экране применяют отклоняющую систему, которая может быть:
— электростатической — две пары пластин; разность потенциалов между пластинами X определяет положение луча по горизонтали, между пластинами Y-по вертикали.
— магнитной — две пары отклоняющих катушек, размещенных на горловине трубки; при протекании тока по катушкам возникает магнитное поле, отклоняющее электронный луч.
ЭЛТ применяются:
— в осциллографах – для наблюдения электронных процессов;
— в телевидении (кинескопах)- для преобразования электрического сигнала, содержащего информацию о яркости и цвете передаваемого изображения;
— в индикаторных устройствах РЛС — для преобразования электрических сигналов, содержащих информацию об окружающем пространстве, в видимое изображение.
Устройство электронно-лучевой трубки
Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную колбу, в которой создан вакуум.
В суженном конце колбы находится электронная пушка, предназначенная для получения узкого пучка электронов (электронного луча).
Электронная пушка состоит из подогретого катода, управляющего электрода (модулятора), и двух анодов.
Кроме электронной пушки в трубке находится две пары отклоняющих пластин( горизонтальные и вертикальные).
Экран трубки с внутренней сторны покрыт люминофором.
Катод- это металлический цилиндр с оксидным покрытием торца, чем достигается излучение электронов в одном направлении. Цилиндр надевается на форфоровую трубку, внутри которой помещается нить подогрева.
Управляющий электрод имеет форму цилиндра с отверстием в торце и служит для регулирования количества электронов в луче.
Для придания ускорения электронам и дальнейшей фокусировки луча применяются два цилиндрических анода.
Оба анода имеют положительный потенциал относительно катода. Первый из них меньший, второй — больший.
Электроны, попав в электрическое поле анодов отклоняются в направлении к оси луча и получают ускорение в направлении движения.
Фокусировка производится регулировкой потенциала первого анода.
Допустим, что электронный луч совпадает с осью трубки, приложив к отклоняющим пластинам постоянное напряжение, получим между ними электрическое поле, которое вызовет отклонение луча и луч встретится с экраном уже в другой точке, отстоящей от осевой линии.
Принципы работы мониторов на электронно-лучевой трубке
Мониторы с электронно-лучевой трубкой нашли широкое применение в составе компьютерных систем.
Простота конструкции, высокая надежность, точная цветопередача и отсутствие задержек (тех самых миллисекунд реакции матрицы в ЖК) – вот их основные преимущества.
Однако в последнее время ЭЛТ вытесняется более экономными и эргономичными ЖК-мониторами.
Принцип работы такого монитора основан на испускании потока электронов электронно-лучевой пушкой.
Поток электронов представляет из себя узкий луч.
Отклоняющая система кинескопа перемещает этот луч по горизонтали и вертикали, обеспечивая формирование изображения на всей поверхности экрана монитора.
Яркость изображения регулируется изменением интенсивности этого потока.
В цветных мониторах используются три пушки, и изображение формируется из сочетания трех цветов: красного, зеленого и синего.
Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.
Электронно-лучевые технологии
Электронно-лучевые технологии помимо традиционных применений активно используются и в аддитивных производствах.
Сфокусированный электронный луч в технологических целях начали применять с конца 50‑х годов прошлого века. При этом наиболее широкое применение электронно-лучевые технологии нашли в сварочной отрасли благодаря возможности получения высококачественных сварных соединений большой толщины за один проход.
Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) по сравнению с другими способами может обеспечить преимущества по надежности получаемых конструкций и по экономическим показателям. Выгоды можно получить при внедрении в промышленное производство технологий сварки деталей большой толщины (сосуды высокого давления, роторы турбин и т. п.), при создании сварных комбинированных конструкций из разнородных металлов и сплавов (диафрагмы паровых турбин, биметаллические бандажи роторов электрических машин и т. п.), при изготовлении конструкций из тугоплавких материалов и соединении деталей в труднодоступных местах, а также в ряде других случаев.
Однако, как и 20 лет назад, при внедрении ЭЛС в промышленное производство имеется ряд проблем. Одна из них — высокая стоимость отечественного оборудования для электронно-лучевой сварки, не всегда сочетающаяся с его надежностью, поэтому ряд предприятий решает задачи внедрения путем импорта еще более дорогого зарубежного технологического оборудования таких фирм, как Sciacky (США), Evo Beam (США-Германия), Pro Beam (Германия), Steigerwald Strahltechnik (Германия), Focus (Германия) и других. Другая — дефицит высококвалифицированных специалистов, способных обслуживать сложные технологические комплексы и разрабатывать новые технологические процессы. К проблемам сегодняшнего дня также следует отнести отсутствие надежных методов управления качеством при изготовлении сварных конструкций.
Также следует отметить появление отечественных предприятий, сумевших после длительной паузы в развитии электронно-лучевого оборудования консолидировать имеющиеся интеллектуальные и финансовые ресурсы для модернизации оборудования, разработки и организации производства новых электронно-лучевых установок. Например, фирма ТЭТА (Томск), изначально специализирующаяся на энергетических комплексах на основе электронных пушек с плазменным катодом, производит оборудование в широком диапазоне технических характеристик, в том числе с использованием пушек с термоэмиссионным катодом как прямонакальных, так и косвенного подогрева.
Технология многопроходной электронно-лучевой наплавки основана на использовании эффекта концентрации энергии электронного пучка в микрообъеме жидкометаллической ванны наплавляемого изделия, куда порошковым дозатором или механизмом подачи проволоки подается наплавочный материал. Большая скорость кристаллизации способствует формированию однородной мелкодисперсной структуры наплавленного слоя.
Этот метод производства деталей произвольных форм позволяет создавать из порошка металлические модели высокой плотности [2]. Изделия создаются на основе трехмерных цифровых моделей с настолько высокой точностью, что их механическая обработка и доводка практически не требуется. Современные производственные методы с использованием программного управления основываются на обработке трехмерной цифровой модели для создания алгоритмов, используемых в машинной обработке (в G кодах). Алгоритмы служат для определения траектории движения режущих инструментов в процессе создания готового изделия из заготовки. В случае электронно-лучевой наплавки процесс имеет прямо противоположное направление: те же самые цифровые модели используются для выработки производственных алгоритмов, регулирующих не удаление лишней массы, а нанесение необходимого материала. Технология использует электронные излучатели высокой мощности в вакуумной камере для плавки металла. Электронный пучок передвигается по рабочей поверхности, повторяя контуры цифровой модели, в то время как металлическая проволока или порошок постепенно подается в точку фокусирования пучка. Расплавленный материал немедленно кристаллизуется, формируя прочные слои заданной модели. Процесс повторяется до построения цельной модели, требующей лишь минимальной обработки внешней поверхности. Технология электронно-лучевой наплавки позволяет создавать объекты размером от нескольких миллиметров до нескольких метров. Практические ограничения по объему построения накладываются физическими размерами вакуумной рабочей камеры и количеством доступного расходного материала. Благодаря работе в вакуумных рабочих камерах возможно построение моделей из материалов, активно взаимодействующих с газами атмосферы, например титаном. Расходные материалы состоят из металлического порошка без связующего наполнителя или проволоки, а готовые модели по своим свойствам не уступают изделиям, полученным традиционными способами [3].
Внедрение аддитивных технологий наиболее заметно в авиационной промышленности, судостроении, энергетическом машиностроении, а также стоматологии и восстановительной хирургии [7], так как электронно-лучевой наплавкой достигается создание деталей с плотной однородной структурой, сложной геометрией, полуфинишного качества с минимальными дополнительными затратами на материал заготовки. Можно вырастить также деталь с переменными по толщине свойствами материала (так называемые градиентные материалы), можно выращивать сетчатые конструкции, которые невозможно получить ни литьем, ни механической обработкой. Известно, что электронно-лучевая плавка используется зарубежными фирмами Boeing, Lockheed Martin, NASA Adler Ortho и Lima Corporate для получения медицинских имплантатов и деталей реактивных ракетных двигателей [8] (рис. 1).
Рис. 1. Лопатки с замкнутыми полостями
Рис. 2. Вставка для ТПА и отливки
Одним из перспективных направлений применения аддитивных технологий является изготовление технологической оснастки — приспособлений и инструментов для серийного производства. В частности, изготовление вставок для термопласт-автоматов (ТПА) (рис. 2) [9]. По этой причине в ряде случаев отпадает необходимость в дорогостоящей инструментальной оснастке, выдерживающей десятки и сотни тысяч циклов. Посредством аддитивных технологий можно сделать матрицу или пресс-форму из легкого сплава с меньшим ресурсом. Литейные пресс-формы также могут быть выращены вместе с каналами охлаждения произвольной конфигурации, что невозможно сделать при обычных методах механической обработки. Каналы охлаждения прокладываются в массиве формы так, как необходимо, а не так, как позволяют традиционные технологии.
Применение литейных форм с равномерным или регулируемым охлаждением позволяет сократить время пребывания отливки в форме до 30% (рис. 3).
Рис. 3. Выращенная пресс-форма с внутренними каналами охлаждения
Благодаря тому, что плавку материала производят в вакуумной камере, возможно работать как с конструкционными сталями, так и с жаропрочными и высоколегированными сплавами, цветными и другими металлами, в том числе с такими химически активными материалами, как сплавы на основе титана и алюминия. Надо учесть, что электронно-лучевые установки не могут работать с материалами, которые не электропроводны при температуре плавления.
Помимо электронно-лучевых следует отметить активное развитие лазерных и плазменных аддитивных технологий, основными преимуществами которых является более низкая стоимость оборудования, а в случае лазерных технологий еще и более высокая точность за счет малого диаметра лазерного пучка, который может составлять несколько десятков микрометров. При этом стоит отметить неоспоримое преимущество электронно-лучевых технологий — производительность, которая достигает 20 кг/ч за счет высокой скорости сканирования электронного пучка. Конечно, производительность зачастую ограничивается требуемой точностью изделия и имеющейся мощностью установки. Рабочие зоны установок могут иметь различные размеры, достигая 5700×1200×1200 мм (рис. 4).
Рис. 4. Электронно-лучевая установка в аддитивном производстве
В ближайшем будущем аддитивные технологии должны развиваться бурными темпами. Так, по заявлению руководства группы производства и технологии материалов компании General Electric, через 5 лет примерно половина деталей энергетических турбин и авиационных двигателей будет изготавливаться с помощью аддитивных технологий. В последние годы компания Boeing значительно увеличила номенклатуру деталей, изготавливаемых по аддитивным технологиям. Сейчас изготавливается более 25 тысяч деталей 300 наименований для 10 типов военных и коммерческих самолетов. По сообщениям представителей компании, Boeing планирует производить новый беспилотный самолет практически полностью по аддитивным технологиям.
В Китае 45 университетов и 20 исследовательских организаций работают в области лазерной техники, в частности, и для нужд аддитивных технологий. В области разработок по лазерному напылению индекс научного цитирования (SCI) публикации китайских специалистов в международных журналах составляют 43% [11].
Таким образом, в ближайшем будущем следует ожидать значительного увеличения объемов изделий, полученных с применением аддитивных электронно-лучевых технологий и переключения ведущих специалистов в области электронно-лучевой сварки и производителей оборудования на развитие аддитивных технологий, совершенствование оборудования, повышение точности и механических свойств изделий.
Литература
1. Horn T. J., Harrysson O. L. A. Overview of current additive manufacturing technologies and selected applications. Science Progress 09/22/2012. Science Reviews 2000 Ltd. ISSN: 0036–8504 [Электронный ресурс] http://www.freepatentsonline.com/article/Science-Progress/306753585.html.
2. Louvis E. et. Al. Selective laser melting of aluminium components. Journal of Materials Processing Technology. Volume 211, Issue 2, 1 February 2011, Pages 275–284. Department of Engineering, The University of Liverpool, Liverpool L69 3GH, United Kingdom.
3. Robbie Adams, ION FUSION FORMATION, Pat. US 6,680,456 B2, Jan. 20, 2004.
4. Sabina L. Campanelli et. al, Capabilities and Performances of the Selective Laser Melting Process. Polytechnic of Bari, Department of Management and Mechanical Engineering, Viale Japigia, 182 Italy [Электронный ресурс], Режим доступа: http://cdn.intechweb.org/pdfs/12285.pdf.
5. Безобразов Ю. А. и др. Анализ структуры образцов, полученных DMLS- и SLM-методами быстрого прототипирования. СПбГПУ.
6. Tsantrizos P. G. et. al. Method of production of metal and ceramic powders by plasma atomization. Pat. US № 5707419.
7. Techel A. et al., Laser Additive Manufacturing of Turbine Components, Precisely and Repeatable. Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology (IWS), интернет-издание Laser Institute of America.
8. Hohmann M., Brooks G., Spiegelhauer C. Production methods and applications for highquaIity metaI powders and sprayformed products. Produktionsmethoden und Anwendungen fur qualitativ hochwertige Metallpulver und spruhkompaktierte Halbzeuge. Stahl und Eisen 125 (2005) № 4.
9. Довбыш В. М., Забеднов П. В., Зленко М. А. Аддитивные технологии и изделия из металла [Электронный ресурс] http://tinyurl.com/pgxrkqn.
10. Beyer E. New Industrial Systems & Concepts for Highest Laser Cladding Efficiency. Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik. MAY 6, 2011 in LASER CLADDING, LASER MANUFACTURING [Электронный ресурс] http://www.lia.org/blog/2011/05/high-performance-laser-cladding.
11. Minlin Zhong. Overview of Laser Additive Manufacturing in China. Tsinghua University [Электронный ресурс] http://www.lia.org/blog/2011/05/overview-of-laser-additivemanufacturing-….
Установки электронно-лучевого нагрева.
1. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО НАГРЕВА
1.1. Теоретические основы электронно-лучевого нагрева
Электронно-лучевой нагрев (ЭЛН) широко применяется при обработке тугоплавких и химически активных металлов, сварке, испарении металлов и оксидов, выращивании монокристаллов, металлизации и напылении и т. д.
К основным преимуществам электронно-лучевого нагрева можно отнести: возможность в широких пределах плавно изменять удельную энергию в зоне нагрева; большую удельную мощность в месте взаимодействия электронного луча с обрабатываемым изделием или материалом; возможность с помощью магнитной системы управлять пространственным положением луча; возможность использования вакуума как рабочей среды; возможность получения малоразмерной (прецизионной) зоны воздействия электронного луча на обрабатываемый материал.
Главными недостатками данного вида нагрева считаются наличие высокого вакуума, сложность изготовления, эксплуатации и высокая стоимость электронно-лучевого оборудования.
Электронный луч, используемый в качестве нагревательной установки, представляет собой направленный поток электронов, переносящих свою энергию от излучателя к изделию. Ускоренные электроны, получившие кинетическую энергию, пропорционально их скорости передают ее веществу обрабатываемой поверхности. Ввиду того что электроны отдают свою энергию при столкновении с молекулами и атомами вещества, в рабочей камере должен поддерживаться глубокий вакуум, который необходим и для защиты катода от бомбардировки положительными ионами.
Испускаемые катодом электроны получают ускорение в электрическом поле и формируются электромагнитными полями в электронный пучок или луч.
Сформированный пучок электронов проходит через рабочую камеру и попадает на поверхность обрабатываемого объекта.
Глубина проникновения электронов и протяженность зоны интенсивного выделения тепловой энергии составляет около 10-6 м и для твердых тел нагрев является поверхностным. Мощность рентгеновского излучения в энергетическом балансе электронно-лучевой установки очень мала, однако его биологическое воздействие для человека является опасным. Поэтому при разработке и изготовлении ЭЛУ необходимо предусмотреть мероприятия по защите обслуживающего персонала от рентгеновского излучения.
Представляют научный интерес явления, связанные со вторичной эмиссией электронов с бомбардируемой электронным лучом поверхности металла. Так, например, перегретая (на 200-1 000 К) выше температуры плавления поверхность ванны расплавленного металла является мощным источником термоэлектронной эмиссии.
Хотя мощность термоэлектронной эмиссии мала, ее ток, поглощаемый стенками камеры, может достигать десятков и сотен ампер. Поэтому заземление электронно-лучевой установки должно быть надежным. Определенная часть электронов луча отражается от поверхности металла и поглощается стенками камеры, что приводит к существенным потерям мощности электронного луча (для легких металлов — 5-10 %, для тяжелых — 15-25 %) и значительно снижает энергетический баланс установки.
В рабочей камере электронно-лучевой установки протекают сложные процессы взаимообмена электронов луча с атомами остаточных и выделяющихся во время плавки и нагрева газов, с атомами металлических паров, находящихся над расплавленным металлом, и т. п.
1.2. Конструктивные особенности электронно-лучевых установок
Все конструкции электронно-лучевых установок имеют набор систем, которые сходны по своему назначению и принципу действия. Их можно разделить на два комплекса — энергетический и электромеханический.
Энергетический комплекс состоит из электронной пушки с блоками питания и управления лучом. Электронной пушкой является устройство, котором пучок электронов под воздействием электрического и магнитного полей в луч, ускоряемый электрическим полем, выводится через анод и направляется на нагреваемое изделие или поверхность.
Одним из главных узлов электронной пушки является катод. Его изготовляют из тугоплавких металлов (W, Та, Мо), оксидов редкоземельных металлов (Zr, La). Катоды прямого нагрева применяются при небольших токах эмиссии (до 20 мА), катоды косвенного нагрева — при больших (до 200 мА). Заданная плотность электронного луча находится путем подбора конфигурации катодного электрода и анода, так как после прохождения анода электроны движутся в пространстве вне электрического поля. Ввиду того что электронный луч обладает объемным пространственным зарядом, в результате столкновения электронов нарушается фокусировка луча.
Поэтому после электростатической фокусировки луч дополнительно фокусируется электромагнитной линзой, которая представляет собой катушку в магнитопроводе, запитанную от выпрямителя, обеспечивающего устойчивое напряжение и небольшую пульсацию.
Электромеханический комплекс включает вакуумную рабочую камеру, систему позиционирования и перемещения заготовки, систему наблюдения за ходом процесса, систему защиты от рентгеновского излучения.
Вакуумная камера является базовым элементом электронно-лучевой установки, наиболее важным и сложным узлом электромеханического комплекса. Конструкция определяется видом технологического процесса. Камера должна быть герметичной и механически прочной. Материал, из которого она изготовлена, должен надежно поглощать рентгеновское излучение.
Главная функция вакуумной камеры — создание и поддержание в рабочем объеме и в электронной пушке необходимого вакуума.
Система позиционирования и перемещения заготовок определяется видом операции. Самым простым устройством, применяемым при электронно-лучевой плавке, можно считать устройство вытягивания слитка. Самые сложные системы бывают задействованы при размерной обработке: они обеспечивают 5—6 видов различных перемещений с очень высокой точностью — в 1—5 мкм.
Электронные плавильные установки.
Многочисленным семейством электронно-лучевых установок являются плавильные установки, предназначенные в основном для переплавки стали, молибдена, ниобия и других тугоплавких и химически активных металлов. Их мощность варьирует от 50 до 2 000 кВт.
Одна из простых схем электронной плавильной установки с кольцевым катодом и автоэлектронным нагревом, в которой анодом является сам расплавляемый металл, представлена на рис. 1.1. Катодом К служит нагретая до 2 500 К током вольфрамовая спираль. Анодом А является расплавляемый электрод и жидкометаллический слой в верхней части слитка, образующегося в кристаллизаторе. Катод окружает молибденовый экран Э, находящийся под тем же потенциалом. Покидающие катод электроны отталкиваются экраном и в виде кольцевого пучка направляются на электрод и в жидкометаллическую поверхность слитка. Нижняя часть электрода расплавляется под ударами бомбардирующих его электронов. Расплавленный металл каплями стекает в ванну.
Рис. 1.1. Схема электронно-лучевой установки с кольцевым катодом
Рис. 1.2. Схема электронно-лучевой установки с радиальными пушками
При изменении положения электрода будет изменяться и количество попадающих на него электронов. Если электрод приподнять так, что прекратится его плавление, тогда металл в ванне будет перегреваться или держаться при неизменной температуре.
Установки с кольцевым катодом работают на ускоряющем напряжении от 5 до 15 кВ. Главными их преимуществами являются простота конструкции и высокая проводимость: это позволяет получать в них большие токи пучка при малом напряжении. Их недостатком является нахождение катода в зоне камеры, поэтому при газовыделении с поверхности ванны он оказывается в зоне повышенного давления. Покинувшие катод электроны сталкиваются с атомами газов и ионизируют их. Образующиеся при этом положительные ионы направляются к катоду и адсорбируются на нем, что сильно снижает его эмиссионную способность и сокращает срок службы. По этой причине плавильные электронно-лучевые установки с кольцевым катодом имеют ограниченное применение для переплава металлов с незначительным выделением газа.
Электронно-лучевые установки с радиальными пушками (рис. 1.2) в большей мере лишены этого недостатка. В них вокруг электрода по радиусу установлено несколько катодов и анодов с отверстиями, через которые движущиеся электроны проходят к концу электрода и к ванне. В данной конструкции анод отделен от жидкого металла, хотя и тот и другой находятся под одинаковым потенциалом. Анод служит направляющим и формирующим устройством. В этом случае система «анод — катод» соответствует понятию электронной пушки.
Блок электронно-лучевой установки, в котором находятся электронные пушки, отделен от плавильной зоны перегородкой с отверстиями для электрода и пучка электронов. Верхняя и нижняя части камеры имеют обособленные системы откачки газов. При чрезмерном выделении газов из ванны некоторая часть паров металла попадает через отверстия в верхнюю камеру и удаляется из нее насосом. Радиальные пушки электронно-лучевой установки работают при низком ускоряющем напряжении (около 15 кВ), поэтому они имеют малую мощность. Один из путей повышения мощности всей электронно-лучевой установки — увеличение количества радиальных пушек.
В качестве плавильных установок наибольшее распространение получили электронно-лучевые установки с аксиальными пушками (рис. 1.3). В отличие от радиальной аксиальная пушка дает возможность получить сильно сфокусированный электронный луч. В ней заложено два катода. Основной катод К, изготовленный в виде массивной вольфрамовой пластины специальной формы, разогревается до 2 500 К электронной бомбардировкой от вспомогательного катода К1, который выполнен в виде вольфрамовой спирали, нагреваемой током. Между катодами прикладывается напряжение до 5,0 кВ. Вспомогательный катод подключен к отрицательному потенциалу по отношению к основному, и, следовательно, в данном случае катод является анодом для вспомогательного катода. Анод А имеет специальную форму для создания в зоне между ним и катодом такого электрического поля, которое смогло бы сфокусировать электронный пучок, полностью проходящий через отверстие анода. Минуя анод, электронный луч попадает в лучепровод Л, соединяющий катодную камеру с плавильной, в которой находится переплавляемый электрод 3. Его можно перемещать горизонтально, а также вводить под пучок или выводить из него. При этом часть электронов луча может проходить мимо электрода и попадать на поверхность ванны жидкого металла, находящейся в кристаллизаторе в нижней части камеры.
Лучепровод предназначен для защиты катодного узла от прорыва в него газов из плавильной камеры. Для этой цели в лучепроводе предусматривают откачивающий насос. Кроме этого имеются насосы для откачивания газов и паров из катодного узла и рабочей камеры. В луче- проводе производится дополнительная магнитная фокусировка потока с помощью магнитных линз М, поскольку, пройдя через лучепровод, электронный пучок расширяется.
Рис. 1.3. Схема электронно-лучевой установки с аксиальной пушкой
Электронно-лучевые установки с аксиальными пушками работают при ускоряющем напряжении до 40 кВ.
Электронные сварочные установки в отличие от плавильных работают с особо остросфокусированным лучом при ускоряющем напряжении от 70 до 100 кВ.
Электроснабжение электронно-лучевой установки.
Для работы электронно-лучевой установки применяются высоковольтные источники питания постоянного тока. Они включают повышающие трансформаторы и высоковольтные выпрямители.
Из всех конструкций электрических печей электронно-лучевые установки являются самым сложным комплексом электротехнического оборудования. В системах электроснабжения электронно-лучевых установок электрические цепи делят на основные и вспомогательные. Основными считают цепи накала катода, питания преобразователя постоянного тока, а также цепи питания, получения,
измерения и контроля вакуума; вспомогательными — цепи фокусировки, отклонения и развертки электронного луча. От работы системы питания электронно-лучевой установки и обеспечения вакуума зависит качество переплавляемого металла.
1.3. Применение электронно-лучевого нагрева
Технологические операции электронно-лучевой обработки можно подразделить на четыре группы: плавка (технологические операции плавки в вакууме, локального переплава), испарение (испарение в вакууме, размерная обработка электронным лучом), термообработка (без изменения агрегатного состояния вещества), сварка.
Параметры, определяющие размеры участка, обрабатываемого электронным лучом, определяются теплопроводностью и температурой плавления.
Плавка электронным лучом в вакууме целесообразна тогда, когда нужно получить сверхчистые металлы. Она имеет преимущества перед плавкой в вакуумных электрических печах других типов, так как позволяет производить рафинирование жидкого металла в кристаллизаторе после прекращения плавления электрода, а также осуществлять другие физико-химические процессы, которые при иных способах плавки не могут проходить полностью или не протекают вовсе. Переплавляемый материал может быть применен в любой форме (шихта, пруток, лом, спеченные штабики, губка).
Очень важное значение при электронно-лучевой плавке имеет вакуум:
1) в нем осуществляется интенсивный процесс дегазации, который значительно улучшает механические свойства металла, особенно пластичность. Многие сплавы на основе вольфрама, молибдена, ниобия и других химически активных металлов нашли широкое применение только благодаря тому, что их выплавляют в вакууме;
2) некоторые вредные примеси (нитриды, карбиды, оксиды) при нагреве в вакууме разлагаются, за счет этого осуществляется вакуумное рафинирование переплавляемого металла;
3) во время плавки металла в вакууме постоянно происходит удаление газообразных продуктов из зоны реакции, в результате чего равновесие химических реакций сдвигается вправо, т. е. резко активизируются раскислительные реакции. Этот процесс повышает качество выплавляемого в вакууме металла, существенно снижает в нем количество газов, и в первую очередь кислорода. Различные установки для электронно-лучевой плавки показаны на рис. 1.1—1.3.
Схемы электронно-лучевой установки для переплавки металла приведены на рис. 1.4—1.5. Переплавляемый металл в виде порошка, гранул или мелкого металлолома подается в установку, где он обрабатывается одной или несколькими пушками и доводится до нужной кондиции.
Рис. 1.4. Схема электронно-лучевой установки для переплавки порошка: 1 — электронная пушка;2 — переплавляемый порошок; 3 — электронный луч; 4 — переплавленный слиток; 5 — водоохлаждаемый кристаллизатор
Рис. 1.5. Схема электронно-лучевой установки для переплавки металлолома: 1 — электронные пушки; 2 — электронные лучи; 3 — переплавляемый металлолом; 4 — водоохлаждаемая форма
Рис. 1.6. Схема электронно-лучевой установки для выращивания монокристаллов: 1 — электронная пушка; 2 — затравка; 3 — монокристалл; 4 — электронный луч; 5 — расплав переплавляемого материала; 6 — переплавляемый материал; 7 — водоохлаждаемый тигель
Особенно эффективна электронно-лучевая плавка при выращивании монокристаллов (рис. 1.6), когда на затравку 2 наплавляется материал 5 из тигля 7 и вытягивается с определенной скоростью вертикально вверх с получением монокристалла 3.
Часто применяют электронно-лучевую плавку с последующей заливкой в вакууме литейных форм. На специальных электронно-лучевых установках для плавки в вакууме при давлении 104—107 Па получают слитки массой до 20 т.
Локальный переплав обрабатываемых поверхностей с использованием электронного луча позволяет получать большие скорости кристаллизации металла в зоне плавления. Формирующиеся при этом структуры существенно отличаются от структур, образующихся в обычных условиях: измельчается микроструктура, значительно повышаются пластичность, твердость и износостойкость.
Поверхностное оплавление металла называют «облагораживающим»: это позволяет при изготовлении важных конструкций с улучшенными показателями износостойкости применять недорогие исходные металлы и сплавы.
Испарение материалов при нагреве в вакууме электронным лучом широко применяют для получения тонких пленок. В отличие от других способов испарения металла, когда энергия подводится к испаряемой поверхности через стенку тигля или высокотемпературный нагревательный элемент, при электронно-лучевом испарении идет прямой нагрев поверхности испаряемого металла. Этот способ позволяет испарять материалы из водоохлаждаемых тиглей, что особенно важно при работе с химически активными и тугоплавкими металлами. При электроннолучевом испарении возможно управлять электронным пучком как в пространстве, так и во времени, регулируя при этом интенсивность ввода энергии в испаряемое вещество, влияя тем самым на скорость испарения.
Широко применяется электронно-лучевое испарение в микроэлектронике для нанесения нужных металлических покрытий на стальную ленту, для изготовления фольги строго определенного состава. Электронным лучом возможно испарение с последующим осаждением на подложку различных неметаллических материалов: диоксида кремния, оксида алюминия, различных видов стекла.
Принципиальная схема электронно-лучевой испарительной установки для нанесения покрытий представлена на рис. 1.7. Из бункера 5 испаряемый материал по желобу 7, приводимому в действие вибратором 6, поступает в водоохлаждаемый тигель 9. Траектория электронного луча 3, получаемого с помощью электронной пушки 1, направляется отклоняющей системой 2 в сторону испаряемого вещества 8. В результате воздействия луча 3 на вещество оно испаряется, частицы пара поднимаются вверх и адсорбируются на поверхности подложки 4, образуя плотную пленку. Отклоняющая система магнитного поля дает возможность располагать электронную пушку 1 в любом месте.
Размерной обработкой заготовки электронным лучом получают в ней глухие или сквозные отверстия определенных размеров или заданный контур. Размерная обработка материала основана на том, что при большой удельной поверхностной мощности скорость испарения обрабатываемого материала и давление пара возрастают настолько, что весь жидкий металл с потоком пара выбрасывается из зоны обработки. Дозирование подводимой энергии достигается импульсным воздействием электронного луча на поверхность или его перемещением по ней с расчетной скоростью.
На практике выделяют три режима размерной электронно-лучевой обработки:
1) моноимпульсный режим — обработка ведется одиночным импульсом;
Рис. 1.7. Принципиальная схема электронно-лучевой испарительной установки: 1 — электронная пушка; 2 — отключающая система; 3 — траектория луча; 4 — подложка; 5 — бункер; 6 — вибратор; 7 — желоб; 8 — испаряемое вещество; 9 — тигель
2) многоимпульсный режим — отверстие получают воздействием на заданное место заготовки несколькими импульсами;
3) режим обработки с перемещением электронного луча по заготовке с расчетной скоростью.
Электронный луч широко применяется при размерной обработке твердых материалов — алмазов, кварца, керамики, кристаллов кремния и германия.
Одной из разновидностей размерной электронно-лучевой обработки является перфорация (получение мелких сквозных отверстий) различных материалов. Таким способом изготовляют металлические и керамические элементы фильтров, пористый материал для охлаждения камер сгорания и лопаток турбин.
Термообработка при помощи электронного луча заключается в локальном нагреве обрабатываемых участков детали для получения структурных превращений материала. Кроме этого она применяется для отжига материалов в вакууме.
Электронно-лучевая сварка — одно из наиболее распространенных применений электронного луча. Тонкий луч электронов, фокусируемый на стыке соединяемых деталей, нагревает их до плавления. Сварочный шов при электронно-лучевой сварке (ЭЛС) получается высокого качества. Количество энергии, необходимое для расплавления материала с применением электронного луча, гораздо меньше, чем при других видах нагрева в процессе сварки. Это объясняется высокой концентрацией энергии в фокусе электронного луча. При электронно-лучевой сварке благодаря высокой концентрации энергии в сварочной зоне сварочный шов имеет форму вытянутого клина с большим отношением длины зоны расплавления к ее ширине. Как правило, глубина проплавления электронным лучом больше ширины шва до 20 раз («кинжальное проплавление»).
Установки ЭЛС бывают двух типов: низковольтные с рабочим ускоряющим напряжением до 15-20 кВ и высоковольтные, работающие при ускоряющем напряжении 150-200 кВ. Их конструкции не имеют особых отличий от установок для выполнения других технологических операций. Но всё же есть некоторые конструктивные и схемные особенности. В состав электронно-лучевой сварки включают специальное сварочное оборудование: сварочную вакуумную камеру с вакуумной насосной системой, электронную пушку с высоковольтным источником постоянного тока.
Вакуумная камера обязательно снабжается вакуумными вводами для передачи разнонаправленных движений, подачи охлаждающей воды, подвода электроэнергии к катоду, магнитным линзам и т. д. В камерах имеются специальные люки для загрузки и выгрузки деталей, а также механизмы и устройства, обеспечивающие технологический процесс сварки. Снаружи ведется наблюдение по приборам для определения степени вакуума в отсеках камеры.
В настоящее время электронно-лучевая технология расширяет сферу своего промышленного использования.
Обработка тугоплавких и химически активных металлов и сплавов, их сварка, выращивание монокристаллов, металлизация и напыление, размерная обработка заготовок — всё это области применения электронно-лучевого нагрева.
Его преимуществами являются: возможность плавно изменять удельную энергию в зоне нагрева; концентрированно выделять большую удельную мощность электронного луча; управлять пространственным положением луча с помощью магнитной системы; использовать вакуум как рабочую среду и др.
Обнаруженные новые технологические возможности электроннолучевого нагрева обеспечили ему быстрое развитие. Однако установки электронно-лучевого нагрева не способны передавать лучистую энергию большой мощности на значительные расстояния. В таких случаях прибегают к помощи лазерной техники.
Электронно-Лучевая Литография| Нанолитография| Нанолитография в Микроэлектронике
VOYAGER производства RAITH (Германия) – это новый прибор класса высокопроизводительных электронно-лучевых литографов, построенный на инновационной технологии Raith eWrite.
Работа на подложках до 200 мм.
Рекомендован в областях, связанных как с серийным производством, так и с научно-исследовательскими работами, где требуется высокая производительность и максимум пространственного разрешения. Инновационная архитектура и высокие показатели спецификации разработаны для получения точных результатов при высокой скорости экспонирования и при весьма низкой стоимости владения прибором. VOYAGER, таким образом, снижает барьер для доступа в сферу профессиональной, ориентированной на высокую производительность электронно-лучевой литографии.
VOYAGER – первая система, в которой реализована новая технология Raith eWrite. eWrite объединяет в себе специализированную «выделенную» архитектуру электронно-лучевой колонны и паттерн-генератора, позволяющую осуществлять автоматизацию калибровок системы и высокую скорость при серийном производстве.
Концепцию VOYAGER подчеркивает:
— инновационная архитектура системы
— сниженные требования к условиям эксплуатации в помещении и малое занимаемое пространство
— производительность экспонирования более 1 см2/час
— невысокая стоимость владения
VOYAGER производства RAITH (Германия) – это новый прибор класса высокопроизводительных электронно-лучевых литографов, построенный на инновационной технологии Raith eWrite.
Работа на подложках до 200 мм.
Рекомендован в областях, связанных как с серийным производством, так и с научно-исследовательскими работами, где требуется высокая производительность и максимум пространственного разрешения. Инновационная архитектура и высокие показатели спецификации разработаны для получения точных результатов при высокой скорости экспонирования и при весьма низкой стоимости владения прибором. VOYAGER, таким образом, снижает барьер для доступа в сферу профессиональной, ориентированной на высокую производительность электронно-лучевой литографии.
VOYAGER – первая система, в которой реализована новая технология Raith eWrite. eWrite объединяет в себе специализированную «выделенную» архитектуру электронно-лучевой колонны и паттерн-генератора, позволяющую осуществлять автоматизацию калибровок системы и высокую скорость при серийном производстве.
Концепцию VOYAGER подчеркивает:
— инновационная архитектура системы
— сниженные требования к условиям эксплуатации в помещении и малое занимаемое пространство
— производительность экспонирования более 1 см2/час
— невысокая стоимость владения
«Электромеханика» | Продукция
Установка «ЭЛУ-27» предназначена для электронно-лучевой сварки кольцевых, продольных швов на цилиндрических изделиях из нержавеющей стали, жаропрочных и титановых сплавов, а также щеточных уплотнений.
Состав установки «ЭЛУ-27»:
— рабочая камера;
— электронно-лучевая пушка;
— вращатель;
— механизм продольного перемещения;
— механизм поперечного перемещения;
— вакуумная станция;
— блок энергетический высоковольтный стабилизированный БЭВС-60/15;
— пневматическая система;
— блок водяного охлаждения;
— система управления.
Конструкция установки.
Рабочая камера, предназначена для создания вакуумной среды в зоне сварки изделий электронным лучом.
Камера имеет три смотровых окна: по одному на камере и двери – для визуального наблюдения; одно – на верхней стенке камеры – для установки контрольно-измерительных приборов. Смотровые окна изнутри камеры защищены от напыления, а так же оснащены двойными стеклами повышенной прочности для защиты от рентгеновского излучения.
Отличительной особенностью сварной конструкции камеры установки «ЭЛУ-27» от обычных сварных конструкций является наличие двух вакуумноплотных и прочных оболочек, внешней – сваренной из простой листовой стали и внутренней рабочей – сваренной из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
В рабочей камере размещены:
— манипулятор изделия, состоящий из вращателя, механизмов продольного и поперечного перемещений;
— система освещения камеры;
— система защиты стекол от напыления.
Вакуумная станция установки обеспечивает получение вакуума в рабочей камере не ниже 1,33´10-2 Па (1´10-4 мм рт.ст). Напуск воздуха в рабочую камеру осуществляется через пылевлагоуловительный фильтр, расположенный на присоединительном фланце вакуумной системы к камере.
Система водяного охлаждения предназначена для охлаждения насосов вакуумной станции. Контроль наличия воды в каналах охлаждения осуществляется на выходе датчиками индукционными бесконтактными. При отсутствии воды на сливе выдается аварийный сигнал.
Система освещения камеры обеспечивает освещенность зоны сварки, необходимую для нормального функционирования системы наблюдения и визуального контроля оператором, имеет два вида освещения: с помощью ламп, закрепленных на потолке камеры, при атмосферном давлении в камере, и двумя вольфрамовыми открытыми спиралями при рабочем давлении.
В состав энергетического комплекса установки «ЭЛУ-27» входят: электронно-оптическая система – электронная пушка («ЭПН-60/15»), высоковольтный источник питания («БЭВС-60/15»), источники питания магнитных линз и накала катода, системы управления и контроля.
Энергетический комплекс состоит из следующих конструктивных узлов:
— электронно-лучевая пушка;
— силовой шкаф;
— шкаф управления;
— высоковольтный бак с СВН;
— турбомолекулярный насос ВВ-150;
— Электроннолучевая пушка
— комплект жгутов.
Источник питания «ИВС-60/15» предназначен для питания постоянным током электронно-лучевой пушки. «ИВС-60/15» является полупроводниковым выпрямителем с жёсткой вольтамперной характеристикой.
Система управления.
Система управления «ЭЛУ-27», выполненная на базе программируемого логического контроллера семейства DirectLogic DL-205, обеспечивает выполнение следующих функций:
— трёхосевое позиционирование изделия во время технологического процесса сварки;
— программное управление энергетическими характеристиками;
— возможность регистрации параметров технологического процесса и архивирования результатов.
Система управления обеспечивает работу установки в нескольких режимах: «Наладка», «Ручное управление», «Автоматизированный».
В составе системы управления электронно-лучевой установки используется блок измерения температурного поля в зоне «сварко-пайки» (тепловизор) и устройство управления сканированием луча для получения заданного температурного поля.
Современная система управления позволяет реализовать разработанный алгоритм, обеспечивая проведение «сварко-пайки» в автоматическом режиме с высокой повторяемостью результатов. Метод адаптивного управления, базирующийся на обработке информации в реальном масштабе времени, существенно повышает качество управления; позволяет корректировать режим «сварко-пайки», адекватно реагировать на возмущающие воздействия, делает технологический процесс более гибким, сводя к минимуму затраты на переналадку при смене марки сплава.
Электронно-лучевая стерилизация — АО НПП Торий
Скачать презентацию
Электронно-лучевой способ использует высокий уровень энергии электронов в качестве средства стерилизации. Электроны ускоряются до скорости света с помощью линейного ускорителя. Энергия электронов в диапазона от 3 до 10 млн. электронвольт (МэВ) с мощностью пучка в диапазоне от 1 до 10 кВт оказывается достаточной для проникновения в продукт, герметично упакованный в готовую к отгрузке тару. Электроны, сканируя продукт, проходят через множество вторичных частиц, включая ионы и свободные радикалы. Вторичные частицы разрывают ДНК-цепочки микроорганизмов и на внутренней поверхности упаковки, и внутри продукта, блокируя таким образом их дальнейшее размножение. Патогенные микробы разрушаются, и вследствие этого происходит стерилизация продукции.
Электронно-лучевое (ЭЛ) излучение не предполагает глубинного проникновения в толщу продукта, как это делает гамма-излучение.В зависимости от плотности продукции ЭЛ-излучение проникает в продукт на глубину до 40 см от поверхности. Действие ЭЛ-излучения ограничивается несколькими секундами, в отличие от многочасового воздействия на продукт гамма-излучением. Кратковременность воздействия ускоренных электронов снижает возможные эффекты окисления, сводя к минимуму нарушения в структуре как продукта, так и упаковочного материала. Стоимость стерилизации ионизирующим излучением в 4-5 раз ниже, чем стоимость стерилизации термическим или газовым способом.
Обработка осуществляется на двух последовательно установленных ускорителях «УЭЛВ-10-10», разработанных в АО «НПП «Торий». Ускорители расположены в защитном бетонном помещении (толщина стен до 1,7м, двойные засыпные двери массой по 12 тонн). Ускорители используются в качестве источника излучения генерирующего типа. Процесс обработки заключается в сканировании обрабатываемой продукции пучком ускоренных электронов при непрерывном перемещении ее в зоне выпускного окна ускоряющего волновода.
Телефон для обращения по вопросам стерилизации: +7 (499) 789-96-72.
Сайт: https://tseh400mvc.ru
Если вы заинтересовались данными услугами, напишите нам
Электронно-лучевая сварочная технологическая установка
Вакуумная камера
Вакуумная камера представляет собой прямоугольную сварную конструкцию с внутренним объемом до 20м3. Толщина стенки камеры составляет не менее 25мм, что вместе с ребрами жесткости обеспечивает надежную защиту камеры от деформации. Камера снабжена откатывающейся вбок дверью, что обеспечивает удобную загрузку-выгрузку свариваемой детали и доступ к обслуживанию электронно-лучевой пушки и других узлов, находящихся в камере. Для визуального контроля процесса сварки камера снабжена смотровыми окнами со специальным освинцованным стеклом, что вместе с конструкцией камеры обеспечивает надежную защиту обслуживающего персонала от рентгеновского излучения, возникающего при электронно-лучевой сварке. Для управления электронно-лучевой пушкой и другими исполнительными элементами, расположенными внутри камеры, на камере устанавливаются специальные гермовводы.
Манипулятор
В случае расположения пушки внутри вакуумной камеры она устанавливается на специальный портал, обеспечивающий перемещение пушки вдоль камеры, поперек камеры и по вертикали. В случае необходимости может быть дополнительно обеспечен поворот и наклон пушки. Для линейного перемещения электронно-лучевой пушки используются линейные столы перемещения фирмы Bosch Rexroth (Европа) или алогичные. В качестве приводов используются шаговые двигатели.
Вращатель
В сварочной установке серии ЭЛСТУ-60 для сварки деталей вращения используется универсальный вращатель серии ВСУ. Станина вращателя сварная. На подшипниках скольжения к станине крепится стол с механизмом вращения планшайбы и зубчатый сектор механизма наклона. Привод наклона планшайбы установлен на стойке станины. Приводы вращения и наклона планшайбы имеют унифицированные червячно-цилиндрические редукторы. Свариваемая деталь крепится на планшайбе с Т-образными пазами с помощью крепежных приспособлений. Полый шпиндель позволяет устанавливать приспособление с центральным креплением изделия.
Вакуумная система
Вакуумная система сварочной установки серии ЭЛСТУ-60 обеспечивает получение рабочего вакуума в камере за требуемое время. Вакуумная система по желанию заказчика может комплектоваться компонентами отечественного или импортного производства. Управление силовыми цепями вакуумной системы осуществляется контроллером SIMATIC S7 (Siemens).
Электронно-лучевая аппаратура ЭЛТА-60
В сварочной установке серии ЭЛСТУ-60 используется электронно-лучевая аппаратура серии ЭЛТА-60. Мощность аппаратуры выбирается исходя из технологических требований заказчика.
Рабочее место оператора
На рабочем месте располагаются: пульт управления, сенсорный монитор управляющего компьютера, монитор системы видеонаблюдения. Пульт оператора содержит органы управления, позволяющие управлять исполнительными устройствами механической и вакуумной систем, основными параметрами электронно-лучевой аппаратуры. На экране сенсорного монитора управляющего компьютера отображаются текущий режим работы установки (автоматический, отладочный режим, режим редактирования, мнемосхема вакуумной системы и т.д.), основные контролируемые параметры технологического процесса, сообщения об аварийных ситуациях и пр. На мониторе системы видеонаблюдения отображается зона сварки в реальном режиме времени.
Система автономного охлаждения
Система обеспечивает охлаждение высоковакуумных и форвакуумных насосов, турбомолекулярного насоса, катодной части электронно-лучевой пушки до температур, необходимых для их нормальной работы в течение всего рабочего сеанса. Система охлаждения выполнена на базе промышленного охладителя воды, работает автономно, то есть по замкнутому контуру.
Процессы и услуги по облучению электронным пучком
В процессе облучения электронным пучком (E-beam) электроны высокой энергии используются для различных целей, таких как стерилизация одноразовых медицинских устройств, контроль загрязнения потребительских товаров и модификация материалов, таких как термоусадочные трубки, провода и кабели и литые детали.
Что такое облучение электронным пучком?
В процессе электронного луча продукт бомбардируется электронами высокой энергии, в результате чего каскад этих электронов проходит через материал мишени.
В процессе электронного пучка в качестве источника излучения используются электроны высокой энергии. Электроны, которые производятся нормальным электрическим током, ускоряются до скорости, близкой к скорости света, с помощью ускорителя. Электроны фокусируются на рожке сканирования определенного размера и сканируются широким движением, создавая завесу из электронов. Затем продукт проходит через занавес сканирования с строго контролируемой и измеряемой скоростью.
Сам процесс происходит за радиационной защитой, обычно большой бетонной конструкцией, которая предотвращает выход излучения из ячейки.В процессе сканирования ускоренные электроны инактивируют любые жизнеспособные микроорганизмы.
Для чего используется облучение электронным пучком?
Облучение электронным пучком — это гибкий и высокоскоростной процесс, который можно использовать для множества приложений, в том числе:
- Стерилизация одноразовых медицинских изделий и фармацевтических препаратов
- Контроль загрязнения упаковки, косметики и туалетных принадлежностей
- Упрочнение полимеров за счет сшивки и / или разрушения полимеров
Каковы преимущества электронного луча?
Облучение электронным пучком может проникать в широкий спектр материалов и доставить требуемую дозу облучения всего за несколько секунд, а это означает, что весь процесс может занять несколько минут.В результате этого короткого периода воздействия были обнаружены следующие преимущества:
- Оптимизация времени обработки
- Повышение эффективности цепочки поставок
- Значительно меньше окислительных повреждений продукта
- Снижает изменение цвета любых присутствующих полимеров
- На обработанных продуктах не остается химических остатков или наведенной радиоактивности
Стандарты:
Стерилизация электронным пучком поддерживается всемирно признанным стандартом консенсуса ISO 11137, который описывает подход к валидации процесса для достижения определенного уровня гарантии стерильности (SAL).
Услуги по поддержке электронно-лучевого облучения:
Помимо стерилизации облучением, STERIS AST предоставляет нашим клиентам решения для лабораторных испытаний и технической поддержки на всех этапах процесса проектирования стерилизации, от разработки продукта до рутинной обработки.
Наша группа Radiation TechTeam® направляет заказчиков через процесс проверки облучения, предоставляет решения для уникальных потребностей проекта и поддерживает повседневную обработку посредством ежеквартальных аудитов доз.
Центр радиационных технологий (RTC) поддерживает наших клиентов в проведении радиационных испытаний, таких как испытания продукции, установление дозы и проверка дозы. RTC обеспечивает высокоточную доставку дозы для проверки, картирования дозы, аудита дозы и исследовательских целей.
Наши услуги по тестированию предоставляют заказчикам поддержку при валидации и микробиологическом тестировании их продуктов, обработанных с помощью облучения. В рамках нашей полной программы радиационной валидации мы разработаем протокол, соберем все данные испытаний и валидации, обобщим результаты и сделаем рекомендации на основе вашего продукта, а также обеспечим текущую поддержку через специального менеджера проекта Radiation TechTeam.Перейдите сюда, чтобы узнать больше о наших доступных услугах по тестированию.
Посетите наши ресурсы TechTeam, чтобы узнать больше о процессе электронного луча.
.Электронно-лучевая литография
Чтобы узнать больше о литографическом процессе и его основных типах, нажмите на ссылку ниже.
СМОТРЕТЬ: МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ IC
СМОТРЕТЬ: ФОТОЛИТОГРАФИЯ
Электронно-лучевая литография обеспечивает лучшее разрешение, чем фотолитография. Это возможно из-за малой длины волны электронов 10-50 кэВ. Разрешение системы электронно-лучевой литографии ограничивается не дифракцией, а рассеянием электронов в резисте и различными аберрациями электронной оптики.Система экспонирования электронным лучом (EBES) оказалась лучшим генератором рисунков на фотошаблонах. Однако написание паттернов происходит в последовательной форме. Поэтому пропускная способность намного меньше, чем у оптических систем. В первые годы развития электронно-лучевая литография использовалась в производстве небольших интегральных схем.
Сопротивляется
Когда отрицательный резист подвергается воздействию электронного луча, между полимерными цепями образуются связи или поперечные связи.Однако разрыв соединения происходит в положительном резисте при его обнажении. Поперечные связи между молекулами отрицательного резиста, вызванные электронным лучом, делают полимер менее растворимым в растворе проявителя. Чувствительность к резисту увеличивается с увеличением молекулярной массы. В позитивном сопротивлении преобладает процесс разрыва связи. Таким образом, воздействие приводит к более низкой молекулярной массе и большей растворимости.
Молекулы полимера в неэкспонированном резисте будут иметь распределение по длине или молекулярной массе и, следовательно, распределение чувствительности к излучению.
Чем уже распределение, тем выше будет контраст. Преимущество имеет высокий молекулярный вес и узкое распределение.
Разрешение резиста ограничено набуханием резиста в проявителе и рассеянием электронов. Набухание имеет большее значение для отрицательного резиста, и это происходит во всех типах литографии, то есть оптической, электронной или рентгеновской. Набухание приводит к плохой адгезии резиста к основанию. Эта проблема становится менее серьезной по мере уменьшения толщины резиста.
Существует также фундаментальное ограничение процесса на разрешение. Когда электроны падают на резист или другой материал, они проникают внутрь материала и теряют энергию из-за рассеяния, производя вторичные электроны и рентгеновские лучи. Это ограничивает разрешение до степени, которая зависит от толщины резиста, энергии луча и состава подложки.
Для более тонких слоев резиста разрешение лучше. Однако минимальная толщина определяется необходимостью сохранения низкой плотности дефектов и сопротивлением травлению, используемым при обработке устройства.Для фотошаблонов, поверхность которых плоская и только тонкий слой хрома необходимо протравить жидким травителем, используется резист толщиной от 0,2 до 0,4 микрометра. В случае более жесткого процесса травления сухой газовой плазмой требуется толщина от 0,5 до 2 микрометров. Одним из способов решения этой проблемы является использование многослойной структуры резиста, в которой толстый нижний слой состоит из технологически стойкого полимера. Может использоваться трехслойная структура резиста, в которой самый верхний слой используется для создания узора тонкого промежуточного слоя, такого как SiO 2 , который служит маской для травления толстого полимера, расположенного ниже.Для электронной литографии проводящий слой может быть заменен слоем SiO 2 , чтобы предотвратить накопление заряда, которое может привести к ошибкам размещения луча.
Многослойная структура резиста также устраняет проблему эффекта близости, возникающую при экспонировании электронным пучком. При этом экспонированный элемент рисунка, смежный с другим элементом, подвергается воздействию не только падающего электронного луча, но также и рассеянных электронов от соседних элементов. Также используется двухслойная структура резиста.В такой структуре как тонкий верхний, так и толстый нижний слой являются положительным электронным сопротивлением, но они проявляются в разных растворителях. Толстый слой можно перевернуть, чтобы получить профиль поднутрения, идеальный для процесса отрыва.
Электронная оптика
Первое широкое применение генераторов диаграмм направленности электронного луча было связано с изготовлением фотомаски, как обсуждалось в предыдущем разделе. Машина EBES, как было сказано ранее, оказалась лучшим генератором рисунков на фотошаблонах.Сканирующие электронно-лучевые генераторы диаграмм похожи на сканирующие электронные микроскопы, из которых они созданы. Базовая электронно-оптическая система для формирования зонда может состоять из двух или более магнитных линз и приспособлений для сканирования изображения и гашения луча на плоскости изображения пластины. Типичные размеры пятна изображения находятся в диапазоне от 0,1 до 2 микрометров. Это из-за дифракционных пределов. Следовательно, дифракцией можно пренебречь. Однако аберрации конечной линзы и отклоняющей системы увеличивают размер пятна и могут также изменять его форму.
Электронно-проекционная печать
Электронная проекционная система обеспечивает высокое разрешение в большом поле с высокой пропускной способностью. Вместо того, чтобы маленький луч записывал рисунок последовательно, большой луч обеспечивает параллельную экспозицию рисунка большой площади. В проекционной системе 1: 1 параллельное электрическое и магнитное поля отображают электроны на пластине. Маска изготовлена из кварца и украшена хромом. Он покрыт CsI на стороне, обращенной к пластине. Фотоэлектроны генерируются на маске / катоде за счет УФ-излучения с тыльной стороны.
Преимуществами проекционной системы являются стабильная маска, хорошее разрешение, быстрое многократное экспонирование с низкой чувствительностью электронного резиста, большое поле и быстрое выравнивание. Ограничения системы включают эффекты близости электронов и более короткий срок службы катода.
Электронная бесконтактная печать
Это система с повторением шагов, в которой трафаретная маска из силиконовой мембраны, содержащая один чип, напечатана на пластине. Маска не подходит для повторной геометрии.Регистрация выполняется по маске выравнивания на каждом чипе. Преимущество электронной бесконтактной печати заключается в ее способности измерять и компенсировать искажения маски. Эффекты близости нужно лечить, изменяя размер элементов узора. Основное ограничение системы — необходимость двух масок для каждого рисунка.
.