[发明专利]大气电子束加工设备用电子枪

说明书

技术领域

本发明涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种大气电子束加工设备用电子枪。

背景技术

电子束加工技术具有优越的性能在工业各领域已得到广泛应用，但电子束的产生需要真空环境，从而大大增加电子束加工设备的制造成本和应用能耗，同时大大降低加工效率，更是制约应用于大型工件的加工。然而，大气环境中进行电子束加工需要解决两个关键技术：一是电子束由真空电子枪室内引出到大气中的能量损失不能太大；二是电子束由真空电子枪室通过引出窗口到达工件前的能量密度不能降得过低。

发明内容

本发明所要解决的是现有电子束加工设备在大气环境中进行电子束加工存在的两大关键技术，提供一种大气电子束加工设备用电子枪。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种大气电子束加工设备用电子枪，自下而上包括第一真空腔、聚焦装置、第二真空腔、阳极、第三真空腔和电子束发生器，其不同之处是，第一真空腔的下方还进一步设有第一等离子体窗口；聚焦装置和第二真空腔之间还进一步设有第二等离子体窗口。第一等离子体窗口和第二等离子体窗口的结构相同，均由等离子体阴极、陶瓷体、等离子体窗口壳体、冷却腔、进水口、等离子体腔、等离子体阳极和出水口组成。等离子体窗口壳体的中央嵌设有陶瓷体，该陶瓷体呈纵向贯通的柱形，并将等离子体窗口壳体所围成的密闭空间分隔为2个独立的腔室，其中位于陶瓷体内侧的腔室构成等离子体腔和位于陶瓷体外侧的腔室构成冷却腔。等离子体腔上设有等离子体阴极和等离子体阳极；等离子体阴极的中央开设有纵向贯通的阴极孔，等离子体阳极的中央开设有纵向贯通的阳极孔；电子束从等离子体阴极的阴极孔飞入，并经过等离子体腔后，从等离子体阳极的阳极孔射出。冷却腔上设有进水口和出水口；冷却水从进水口流入，并经过冷却腔后，从出水口流出。

作为改进，第一真空腔和第二等离子体窗口之间还进一步设有气动窗口。气动窗口由气动窗口上壳体和气动窗口下壳体组成；气动窗口上壳体和气动窗口下壳体上均设有纵向贯通的通孔，气动窗口下壳体的通孔形成气流腔；气动窗口上壳体的下端面和气动窗口下壳体的上端面之间留有横向延伸的间隙，该间隙形成导气隙；导气隙的一端设有进气口，且导气隙与气流腔相连通；压力气体由进气口充入，经导气隙进入气流腔形成超音速气流喷入第一真空腔。

作为进一步改进，气动窗口上壳体同时作为第二等离子体窗口的阳极；气动窗口下壳体由聚焦装置兼任。

上述方案中，第一真空腔上设有第一真空泵，该第一真空泵为机械泵。第一真空腔的工作真空度为2000Pa～1250Pa。

上述方案中，第二真空腔上设有第一真空泵，第二真空腔由罗茨泵和机械泵组成。第二真空腔的工作真空度为1×10^-1Pa～5×10^-2Pa。

上述方案中，第三真空腔上设有第三真空泵，该第三真空泵由分子泵和机械泵组成。第三真空腔工作真空度为1×10^-2Pa～5×10^-3Pa。

上述方案中，阳极的中央设有让电子束顺利通过的阳极孔，该阳极孔为孔板结构。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、第一离子体窗口和第二离子体窗口产生的等离子体电流极性能够使电子束产生更好地汇聚作用，以降低电子束的能量损失和能量密度的下降；

2、采用第一离子体窗口、气动窗口和第二离子体窗口相串联的组合式结构，电子枪中构成真空梯度极大的电子束飞行路径，进一步降低电子束的能量损失和能量密度的下降；

3、采用气动窗口与聚焦装置结构合二为一，能够有效减小电子枪的尺寸及降低生产成本。

附图说明

图1为一种大气电子束加工设备用电子枪结构的示意图。

图中标号：1、电子束发生器；2、第三真空腔；3、阳极；4、第三真空泵；5、第二真空腔；6、第二真空泵；7、第二等离子体窗口；8、第二等离子体电源；9、气动窗口；10、聚焦装置；11、第一真空腔；12、第一真空泵；13、第一等离子体窗口；14、第一等离子体电源；15、电子束；16、工件。

图2为图1中等离子体窗口结构的示意图。

图中标号：71、等离子体阴极；72、陶瓷体；73、等离子体窗口壳体；74、冷却腔；75、进水口；76、等离子体腔；77、等离子体阳极；78、出水口。

图3为图1中气动窗口结构的示意图。