ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО СПЕКАНИЯ НЕПРОВОДЯЩЕЙ КЕРАМИКИ

Полезная модель относится к электронно-лучевой технологии, может быть использована при электронно-лучевой обработке непроводящих материалов.
Известно устройство крепления керамических не спеченных образцов, описанное в способе изготовления полупроводниковой керамики (патент Российской Федерации №2162457). Указанное устройство представляет собой закрытый графитовый тигель. Спекание и одновременное восстановление керамики, помещенной в тигель, осуществляется в вакууме путем нагрева графитового тигля с образцом электронным пучком. Недостаток данного устройства заключается в необходимости нагрева всего тигля и, следовательно, низкой эффективности использования мощности электронного пучка по сравнению с непосредственным нагревом спекаемого образца.
Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является устройство, описанное в способе получения циркониевой керамики [Гынгазов С.А., Франгульян Т.С., Гореев А.К., Климов А.С. О возможности спекания циркониевой керамики пучком низкоэнергетических электронов // Известия вузов. Физика. - 2011 - Т. 54 - №1/3 - С. 355-359], для закрепления спекаемого образца используется держатель из тугоплавкого материала, устанавливаемый в плоскости перпендикулярной оси пучка. Спекаемый образец располагается на держателе и облучается электронным пучком, при этом прицеливание электронного пучка на образец фиксируется визуально. Точное прицеливание оказывается невозможным из-за яркого свечения облучаемого образца, нагреваемого до 1300-1350°C. Для попадания пучка на образец приходится увеличивать диаметр пучка, делая его в 2-3 раза больше размера образца. Указанный путь приводит к снижению эффективности использования мощности электронного пучка.
Целью настоящей полезной модели является повышение эффективности использования мощности электронного пучка при облучении непроводящих материалов.
c
c
c
c
c
c
c
c
с
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве крепления керамических образцов, состоящем из тугоплавкого держателя, размещаемого в плоскости, перпендикулярной оси электронного пучка, между электронным источником и держателем устанавливается соосно с образцом проволочное кольцо из тугоплавкого металла подключенное к амперметру, диаметр кольца D и расстояние от него до держателя h связаны с диаметром спекаемого образца d соотношениями: 1.5d<D<2d и d<h<2d. Размещение проволочного кольца и подключение к нему амперметра позволяет фиксировать ток отраженных от непроводящей керамики электронов. Максимум тока отраженных электронов наблюдается при точном совпадении оси пучка и оси кольца, что позволяет эффективно использовать энергию электронного пучка. Указанные соотношения важны для достижения цели изобретения. Если диаметр кольца D превышает величину 2d, то большая часть мощности электронного пучка будет расходоваться на нагрев держателя из тугоплавкого материала, а не спекаемого образца. Наоборот, при условии D<1.5d мощности электронного пучка оказывается достаточно для разогрева вольфрамового кольца до температуры, при которой термоэмиссионный ток с его поверхности становится сравнимым с током вторичных электронов с облучаемого образца. Регистрация тока и эффективное прицеливание в этом случае оказывается невозможным. Увеличение расстояния от держателя до кольца h более 2d приводит к значительному снижению регистрируемого амперметром тока отраженных электронов ввиду малой величины свободного пробега в диапазоне рабочих давлений газа в процессе спекания и, как следствие, невозможности точного прицеливания электронного пучка на образец. При условии h<d большая часть вторичных электронов не попадает на кольцо из-за косинусоидального распределения вторичных электронов по углам, точное прицеливание в этом случае также невозможно. Невозможность точного прицеливания означает снижение эффективности использования мощности электронного пучка.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (см. Фиг. 1). На выполненный из графита держатель 1 диаметром 60 мм и высотой 20 мм устанавливалось непроводящее крепление для фиксации проволочного вольфрамового кольца 2 диаметром 20 мм. Для фиксирования тока вторичных электронов кольцо подключалось к амперметру. Спекаемый образец 3 в виде диска диаметром 15 мм и толщиной 4 мм располагался в центральной части графитового держателя таким образом, чтобы ось симметрии диска и ось проволочного кольца совпадали. Расстояние от плоскости кольца до плоскости образца составляло 15 мм.
c
Установленный на держателе образец помещался в вакуумную камеру и облучался электронным пучком с энергией 10-12 кэВ и током 80-150 мА. Температура спекаемого образца определяется бесконтактным способом с помощью лазерного пирометра. Результаты использования предлагаемого держателя с различными соотношениями между диаметром кольца D расстоянием от него до держателя h и диаметром спекаемого образца d для спекания керамического образца диаметром 15 мм и толщиной 4 мм представлены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемый держатель образцов для электроннолучевого спекания непроводящей керамики позволяет эффективно использовать мощность электронного пучка при облучении непроводящих материалов.