Техника - молодёжи 1965-10, страница 11

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЛУЧ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

годы в лабораториях Дрезденского исследовательского института предпочитаем те направления, где высокая энергия электронного луча применяется либо дли микрообработки деталей, либо для нагревания материалов.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЛУЧ В КАЧЕСТВЕ МИКРОИНСТРУМЕНТА

Возможность микрообработки с помощью неподвижного или отклоняемого по определенной программе электронного луча основывается на том, что луч удается свести в пятно с диаметром в несколько микрон и удельной мощностью в 10⁸ вт на квадратный сантиметр и более. Для большей ясности укажем, что эта мощность в 1000 раз больше, чем у пламени сварочной горелки.

В начале I960 года советский ученый, профессор Самарин, посетив автора этих строк в Дрездене, просил уделить особое внимание развитию электронно-лучевых микроинструментов, чтобы в этой многообещающей области помочь странам социалистического лагеря решать их производственные проблемы, связанные с будущим микроэлектроники. Мы учли пожелание советского коллеги, и сейчас в Дрезденском институте сконструированы два электроннолучевых прибора для термической микрообработки. Один из них — универсальный электронно-лучевой зонд с рабочим напряжением от 50 до 150 киловольт и средней мощностью до 150 вт, при максимальной мощности импульса по 2 квт. Кроме обычной возможности передавать энергию на деталь через импульсное устройство, этот прибор может также с помо1цью разложения на строки регулировать энергию во времени. Сменяя конструктивные элементы, можно в случае надобности получить электронный луч с отклонением или без него. Если работа идет без отклонения луча, то при диаметре сфокусированного пятна, равном 7 мм, можно получить удельную мощность до 10^s вт на 1 кв. см. Назначение прибора — автоматическое производство тонкослойных конструктивных элементов.

Вторая новинка — электронно-оптический микрообрабатывающий прибор для непосредственного переноса контура внутреннего шаблона на обрабатываемую деталь; максимальное рабочее напряжение — 150 кв, средняя мощность — 150 вт. В этом приборе луч с помощью линзы направляется на шаблон (диаметр 25 мм). Путем отклонения луча в строчечном растре достигается последовательное и равномерное облучение шаблона со всех сторон, переносимое электронно-оптическим путем на обрабатываемую деталь пло!цадью в несколько кв. мм.

Опыт показал, что для обработки тонких слоев и пленок, когда толщина обрабатываемого материала меньше ширины электронного луча, попадающего на объект, можно применять упрохценный тип прибора с напряжением в 40—80 киловольт. При обработке тонких слоев скорость движения луча настолько велика, что, управляемый отклоняющей системой, он остается в каждой точке детали — как и при импульсной обработке — не более чем 100 микросекунд; поэтому никакого нагрева соседних областей не происходит. Этот метод работы с постоянным током и без импульсного устройства применим и в тех случаях, когда из-за опасности возникновения термических напряжений в объекте необходимо снизить общую мощность. Разлагая обрабатываемую поверхность на строки, можно получить «строчечно-импульсный» способ работы. В электронно-лучевом аппарате при более сложных рабочих заданиях применяется внешний шаблон: луч обегает его и таким образом используется для управления процессом обработки. В электронно-оптическом аппарате внутренний шаблон про

ецируется непосредственно на деталь, так что инструментом служит в известной мере вся электронная картина.

При обработке пленки сопротивления на керамиковой подложке работа ведется при силе тока в луче, равной 200 миллиамперам, и энергии электронов — 60 кэв; скорость обработки достигает 200 см/сек. В нашем институте сконструирован и уже работает автомат для электроннолучевой обработки почти 5 млн. тонкослойных элементов в год Для получения решетки из танталовой фольги толщиной 5 микрон скорость работы достигла 100 см/сек при силе тока в луче, равной 900 микроамперам. Применение электронно-лучевых микроинструментов рекомендуется также для обработки цилиндрических или плоских сопротивлений и конденсаторов, для тончайшей обработки ферритов, получения тонкопленочных индуктивных элементов, тонкой и контактной сварки, обработки металлической фольги и т. п.

МНОГОКАМЕРНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ В ВЫСОКОМ ВАКУУМЕ

□ аботы по нагреву (плавлению и испарению) металлов ■ фокусированным электронным лучом в высоком вакууме начались у нас в 1953 году; мощность луча достигала при этом нескольких киловатт. Уже для первой модели характерным было то, что главный резервуар печи отделялся от

Монокристалл германия, разрезанный электронным лучом.

лучевого пространства, которое откачивалось отдельно, дабы обеспечить высокий вакуум даже в случае прорыва газов из расплавленного металла. Электронный луч направлялся на резервуар сверху. Расплавляемый металл вводился в луч сбоку, плавился, что легко можно было увидеть в смотровое окошко, превращался в тонкую пленку и каплями стекал в охлаждаемый водою тигель или в волочильное устройство. В сравнении с вакуумно-дуговым способом здесь для плавки нужен вакуум, в 100—1000 раз более высокий. Очистка металла от газов происходит поэтому гораздо более полно, чем при дуговом способе. Уже после первой переплавки металл получается практически лишенным пор и шлаков. Наш институт сконструировал и установил на заводе «Ганс Беймлер» в Хеннигсдорфе многокамерную электронно-лучевую печь на 200 квт; такими печами снабжаются теперь металлургические центры в СССР и других социалистических странах.

В ГДР плавка электронным лучом в высоком вакууме применяется не только для выплавки жароупорных (молибден, титан, вольфрам и др.) и реактивных металлов (цирконий, титан), но и в очень широких масштабах — для повышения качества сталей. На большом заводе вакуумной стали, строящемся близ Дрездена, монтируется многокамерная электронно-лучевая печь мощностью уже на 1700 квт. Когда эта крупнейшая из существующих электронных печей будет готова, она будет давать стальные слитки весом до 15 т. Решение о строительстве новой печи требовало известной смелости; но сейчас весь мир начинает признавать, что плавка электронным лучом имеет огромное значение в получении специальных сталей. Мы знаем, что истирание (износ) стали, например, в подшипниках, в формах для литья под давлением, в инструментах, в резцах начинается там, где имеются поры или частицы шлака. Не удивительно поэтому, что — как подтверждается опытами — сталь, обработанная в многокамерной электроннолучевой печи, работает вчетверо дольше, чем обычная сталь.

Таким образом, новый высоковакуумный способ открывает новые возможности получения специальных сталей с более длительным сроком службы и большей надежностью в работе. Все это способствует технической революции.

7