Установка для высокотемпературного нагрева Советский патент 1980 года по МПК H01J9/04 

I

Изобретение относится к вакуумной электротермии и касается, в частности, усовершенствования оборудования для технологической обработки изделий в вакууме, например при производстве электровакуумных приборов, конденсаторов и т. д.

Известны установки индукционного нагрева, содержащие водоохлаждаемый индуктор, размещенный в рабочей камере и подключенный к высокочастотному генератоРУ 1 Недостатки таких установок - низкий

КПД, физиологическая опасность СВЧ-излучения, сложность одновременного равномерного нагрева групы деталей.

Известна также установка для высокотемпературного нагрева, содержащая вакуумную камеру, цилиндрический термокатод, анод, установленный внутри термокатода и выполненный в виде кассеты, и экраны. Нагреваемая деталь находится на кассете, изготовленной из огнеупорного материала и окружена нитью накала - термокатодом. Нить накала представляет собой тонкую проволоку, натянутую в виде сетки, которая закреплена на полом цилиндре, внутри которого помещено изделие. Цилиндр выполняет

роль теплового и электростатического экрана-отражателя. В связи с тем, что упомянутый цилиндр электрически соединен с термокатодом, он имеет знак потенциала, одинаковый с электронами, и вызывает их электростатическое отталкивание по направлению к оси цилиндра, т.е. к изделию. Для нагрева нити накала применен источник постоянного тока низкого напряжения. Второй источник, высокого напряжения, подключен положительным полюсом к изделию, а отрицатель10ным - к цилиндру, за счет чего создаются условия для электронной бомбардировки изделия. При этом нить накала является термокатодом, а изделие - анодом. Благодаря внещнему цилиндру достигается высокий КПД установки 2.

15

Недостатком известной установки является низкая производительность, обусловленная невозможностью осуществления высокоскоростного равномерного нагрева группы изделий, так как электронная бомбардировка 20 осуществляется лишь с внешней стороны рабочей зоны.

Цель изобретения - повышение интенсивности нагрева и производительности установки. Поставленная цель достигается тем, что кассета выполнена в виде кольца, внутри которого установлен дополнительный электрод, электрически связанный с термокатодом, причем дополнительный электрод выполнен из тугоплавкого эмиттерного материала, например тантала, вольфрама, ниобия, рения, никеля и т.д. На чертеже показана конструкция предлагаемой установки. Установка состоит из вакуумной камеры 1, внутри которой расположен проволочный цилиндрический термокатод 2. Внутри термокатода установлена кассета 3 с изделиями 4. Термокатод 2 и кассета 3 с изделиями 4 окружены теплозащитными экранами 5. Во внутрь кассеты 3, выполненной в виде кольца установлен изолированно от нее цилиндрический электрод 6, электрически связанный с источником 7 питания термокатода 2. В приведенном на чертеже примере, электрических соединений внутрикамерных электродов представлена схема с заземленным катодом, хотя возможно выполнение схемы с заземленным анодом без изменения сущности протекающих в рабочей зоне процессов. Кассета 3 соединена с положительным изолированным полюсом анодного источника 8 высокого напряжения. Отрицательный полюс анодного источника 8 заземлен и электрически соединен со средней точкой трансформатора низковольтного источника 7 питания термокатода 2. Камера 1 подключена к вакуумному насосу (на чертеже не показан). Термокатод 2 изготовлен из танталовой проволоки (возможно применение других эмиттерных материалов, например, вольфрама), расположенной зигзагообразно по образующей цилиндра, охватывающего кассету 3. Внутренний экран (из пакета теплозащитных экранов 5) и дополнительный цилиндрический электрод 6 целесообразно также выполнить из эмиттерных материалов из ряда: тантал, вольфрам, ниобий, рений, никель и др. Установка работает следующим образом. После загрузки изделий 4 на кассете 3 в рабочую камеру 1 производят вакуумирование, затем включают источник 7 питания термокатода 2 и разогревают термокатод 2 до температуры электронной эмиссии прямым пропусканием тока. При этом происходит некоторый разогрев электрода 6 и внутреннего экрана 5 инфракрасным излучением от раскаленного термокатода 2. При подаче высокого положительного потенциала от источника 8 питания на кассету 3 с изделиями 4 начинается направленное движение термоэлектронов от термокатода 2 к анодукассете 3. Ускоренные в электрическом поле электроны бомбардируют изделия 4, нагревая их до высоких температур. Излучение с нагретых изделий 4 и кассеты 3 вызывает дополнительный нагрев электрода 6. При рациональном выборе материала электрода 6 в зависимости от рабочей температуры установки возможно разогреть электрод 6 до температуры эмиссии за ничтожно малое время. При этом электрод 6 начинает сам эмиттировать термоэлектроны, которые бомбардируют обратную по отнощению к термокатоду 2 сторону изделий 4, обеспечивая условия равномерного нагрева. Выбором диаметров окружностей электрода 6, кассеты 3, термокатода 2 в зависимости от рабочего напряжения на аноде-кассете 3 возможно получить любое наперед заданное распределение плотности электронного тока на поверхность изделий 4. Электрод 6 играет двойную роль в процессе электронной бомбардировки изделий 4: с одной.стороны, он отражает инфракрасное и электронное излучение термокатода 2 на изделия 4, с другой стороны, разогреваясь до температуры эмиссии за счет частичного поглощения этих излучений, сам становится источником электронов. Такая конструкция внутрикамерных электродов позволяет получить разнонаправленные электронные потоки, обеспечивающие равномерный всесторонний нагрев изделий 4, а это, в свою очередь, создает условия для расположения больщого количества изделий 4 по окружности кольцевой кассеты 3. Положительный технико-экономический эффект от использования предлагаемой установки достигается за счет обеспечения конст руктивными мерами возможности одновременной обработки любой по величине группы изделий при равномерном всестороннем нагреве, что позволяет повысить производительность установки. Причем, увеличение производительности установки не требует существенного увеличения мощности источников питания или их количества, так как введение дополнительного электрода значительно повыщает КПД установки за счет более рационального использования подводимой энергии и создания дотюлнительного источника электронов. Выбирая соответствующую форму дополнительного электрода, можно получить и неравномерный электронный поток заданной неравномерности и нагревать равномерно изделия сложной неправильной формы или неравномерно изделия простой формы. Предлагаемая конструкция существенно расширяет технологические возможности метода электронного нагрева. Формула изобретения I. Установка для высокотемпературного нагрева, содержащая вакуумную камеру, цилиндрический термокатод, анод, установленный внутри термокатода и выполненный в виде кассеты, и экраны, отличающаяся тем.

что, с целью повышения интенсивности нагрева и производительности, кассета выполнена в виде кольца, внутри которого установлен дополнительный электрод, электрически связанный с термокатодом.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительный электрод выполнен из тугоплавкого эмиттерного материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 211671, кл. Н 01 G 19/04, 1966.

2.Патент Японии № 23930-68,

кл. 67 j 3 (Н 05 В), опублик, 1968 (прототип).