Clever Geek Handbook

Alles in einem Haufen

Mit diesem Beitrag setze ich das Thema der Verwendung des Phänomens der explosiven Elektronenemission fort, über das ich kürzlich in meinem Artikel " Im Herzen des Kathodenflecks " gesprochen habe. Als nächstes folgt eine interessante Technologie und Ausrüstung für die Erzeugung von Hochstrom-Niedrigenergie-Elektronenstrahlen (NECS) in einem erweiterten Plasmakanal. Diese Technologie ermöglicht es, Oberflächenlegierungen mit einer Reihe einzigartiger Eigenschaften zu erhalten. In diesem Artikel werden wir über die praktischen Anwendungen dieser Technologie, die Aussichten für ihre Entwicklung und ungewöhnliche Einsatzbereiche sprechen.



Wie es funktioniert?

Zur Erzeugung eines Elektronenstrahls muss eine Vakuumkammer verwendet werden, in der reflektierende Entladungskathoden ( K1, K2 ) und eine Plasmaanode ( A ) installiert sind . Der Abstand zwischen den Kathoden beträgt 20-50 cm. Der Vorgang findet in einem Magnetfeld statt. Damit Plasma im Entladungsspalt erscheint, muss bei niedrigem Druck ein Inertgas vorhanden sein. Es können verschiedene Gase verwendet werden, jedoch wird üblicherweise kostengünstiges Argon verwendet.



Die Drücke sind nicht groß - Tausendstel Millimeter Quecksilber, um ein maximales " ideales " Gas zu gewährleisten . In diesem Fall ist der mittlere freie Weg der Gasmoleküle mindestens eine Größenordnung größer als die Größe der Entladungszelle und beträgt etwa zehn Meter.
Um nun eine reflektierende Entladung zu zünden, müssen die Kathoden K1, K2 geerdet und von einer Schaltstromversorgung ( IP ) ein positiver Spannungsimpuls an die Anode angelegt werden. Vergessen Sie auch nicht, das Magnetfeld einzuschalten. Das Diagramm sieht nun ungefähr so ​​aus wie in der Abbildung.



Angenommen, zwischen der Kathode K1 und der Anode A ist ein freies Elektron aufgetreten . Die Bewegung des Elektrons zur Anode wird durch ein starkes Magnetfeld behindert, das es in der Entladungszelle irgendwie verdreht. Ein Elektron beginnt zwischen den Kathoden zu schwingen und verursacht eine Ionisierung der Gasmoleküle. Es entstehen zusätzliche Elektronen, die wiederum den Ionisationsprozess aufnehmen und verstärken, der zu einer Lawine wird. Der Raum zwischen den Kathoden ist mit Plasma gefüllt, Kathodenflecken erscheinen auf ihren Oberflächen und die Entladung geht in eine Hochstromstufe (Lichtbogenstufe) über.

Eine solche Entladung wird als reflektierend bezeichnet, da sie aufgrund der Mehrfachreflexion von Elektronen von den Kathoden K1 und K2 entstehtwie im Tischtennis. Die Reflexionsentladungsphysik ist gut verstanden . Manchmal wird diese Entladung als Penning-Entladung bezeichnet.

Strahlerzeugung

Wir haben also gelernt, eine Plasmasäule in einer Vakuumkammer stabil zu erzeugen. Eine Entladung liegt vor, solange die Versorgungsspannung anliegt. Das ist aber nicht so interessant. Wir werden versuchen, einen starken Elektronenstrahl zu erzeugen. Entladen Sie dazu den bis zu 30-50 kV vorgeladenen Kondensator auf eine der Kathoden der Entladungszelle.



Wir laden einen Hochspannungskondensator von einer leistungsstarken Quelle konstanter Spannung auf. Die Ladeschaltung wird von einer Induktivität bereitgestellt. Dies ist ein sehr wichtiges Element der Schaltung! Ein Induktor sorgt für den gesamten Betrieb der Schaltung. Bei einem Gleichstrom zum Zeitpunkt des Ladens des Kondensators ist sein Widerstand gering (36 Ohm), und zum Zeitpunkt der Entladung des Kondensators erscheint ein starker Impuls mit einer Dauer von nur wenigen Mikrosekunden. Der Widerstand der Spule steigt stark an und die gesamte im Kondensator gespeicherte Energie wird auf die Kathode K1 gerichtet . Die Schaltung wird durch den Betrieb einer Funkenstrecke S ausgelöst , die durch einen kurzen Steuerimpuls negativer Polarität von 4 kV gezündet wird. Energie vom Kondensator wird über eine vereinbarte TL- Verbindung übertragen., das aus sechs parallelen Kabelstücken RK-50-9 einer bestimmten Länge besteht, um die Last klar zu koordinieren. Alle Knoten der Hochstromelektronik sind ernst. Beispielsweise wiegt ein Kondensator mehr als 100 kg.

Was passiert, wenn Hochspannung angelegt wird? An der Kathode entsteht ein Bereich erhöhter negativer Ladung, der an die Grenze des Plasmas der reflektierenden Entladung angrenzt. Es gibt eine sogenannte Doppelschicht. Dieser Bereich beschleunigt sich für Elektronen, die intensiv von Kathodenpunkten emittiert werden.

Elektronen erhalten eine zusätzliche starke Beschleunigung. Die Bildung eines Elektronenstrahls beginnt. Das Magnetfeld spielt weiterhin eine wichtige Rolle und lässt den Strahl nicht in eine „Schnur“ fallen. Dies bietet eine große Apertur des Strahls und als Ergebnis eine anständige Fläche des Werkstücks von bis zu 70 cm². Die Pulsdauer beträgt 3-5 μs, die Elektronenenergie 35-50 keV. Der Strahl breitet sich im Anodenplasma gegen das Magnetfeld aus und erreicht die zweite Elektrode ( K2)), die in diesem Fall bereits als „Sammler“ bezeichnet wird. Hier installieren wir alle Metallteile, die bearbeitet werden. Das Gerät arbeitet kontinuierlich mit einer Frequenz von bis zu 0,5 Hz. Die Frequenz wird durch die Stromversorgung des Hochspannungskondensators und die Leistung der Vakuumausrüstung bestimmt. Die gesamte Installation ist in ein seriöses Automatisierungssystem „eingewickelt“ und wird von einem Bediener gesteuert. Für die Installation wird spezielle Software geschrieben. In diesem Zusammenhang wird der einleitende Teil als ausreichend angesehen. Es ist besser, mehr über die praktische Anwendung dieser Technologie zu sprechen.

Was passiert mit der Oberfläche von Metallteilen?

Ein Elektronenstrahl schmilzt eine dünne Schicht der Oberfläche (bis zu 10 Mikrometer tief) und erzeugt für kurze Zeit (Millionstelsekunden) eine flüssige geschmolzene Metallschicht.



Es gibt sowohl eine sofortige Erwärmung des Metalls als auch eine schnelle Abkühlung, die eine neue Struktur auf der Oberfläche des Metalls bildet. Oberflächenhärtung, Auflösung verschiedener Verunreinigungen und Bildung einer geordneten Struktur der Oberflächenlegierung treten auf. Darüber hinaus ist es möglich, die Eigenschaften des Trägers weitgehend zu regulieren und die notwendige Struktur für die zukünftige Oberfläche zu schaffen ( in der Abbildung - a - vor der Verarbeitung, b - nach der Verarbeitung ).

Technologieanwendung

Die Technologie wird häufig verwendet, um die elektrische Festigkeit der Vakuumisolierung zu erhöhen. Dies findet Anwendung für die Herstellung von Ableitern, Elementen und Komponenten der Mikrowellenelektronik, Verlangsamungsstrukturen, Vakuum-Leistungsschaltern usw. Einerseits wird der Effekt erzielt, indem die Oberfläche von verschiedenen Verunreinigungen und Einschlüssen gereinigt wird und andererseits die Oberfläche der Elektroden poliert wird.



Einer der wichtigsten Bereiche bei der Verwendung dieser Technologie ist natürlich die Modifizierung von Metallen und Legierungen, um einzigartige Leistungsmerkmale zu erzielen. Sie können Spezialschneider, Bohrer, Düsen, Schaufeln von Strahltriebwerken und vieles mehr handhaben. Die Ressource für bearbeitete Teile kann um das Zehnfache und manchmal um das Hundertfache erhöht werden. Ein Haufen kann Teile der komplexesten Formen verarbeiten.



Eine sehr interessante Anwendung der Technologie ist die Verarbeitung von Formen. Die Oberfläche der Form wird von einem Balken bearbeitet, um die Oberfläche zu modifizieren, was die Lebensdauer der Form verlängert (manchmal um ein Vielfaches!) Oder ermöglicht, dass die Form aus billigerem Material hergestellt wird.



Dies gilt insbesondere für Formen, die mit aggressiven Materialien oder bei erhöhten Temperaturen arbeiten, beispielsweise bei der Herstellung von Glasprodukten. Details von Formen sind weniger Metall "Ermüdung" ausgesetzt, und der Prozess des Öffnens der Form wird ebenfalls erleichtert.



Eine neue Richtung, die dieser Technologie zusätzliche Möglichkeiten bietet, ist die Schaffung komplexer Oberflächenlegierungen, deren Herstellung mit anderen Methoden nicht möglich ist. Zu diesem Zweck sind Magnetrons in die Anlage zur Strahlerzeugung zum Sprühen verschiedener Metalle eingebaut. Dieser Ansatz ermöglicht die Bildung nanostrukturierter Oberflächen mit einzigartigen Eigenschaften. Diese Beständigkeit gegen aggressive Umgebungen, die höchste Festigkeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Duktilität und vieles mehr. In diesem Fall erfolgt die Verarbeitung in einem Zyklus ohne zusätzliche Evakuierung (Magnetrons in der Abbildung sind rechts dargestellt).



Die Technologie ermöglicht die Bildung einzigartiger Oberflächenlegierungen mit Desinfektionseigenschaften. Dies wird von den Japanern bemerkt und produziert Herrenrasierer, deren Klingen mit dieser Technologie verarbeitet werden. Zahnkronenrohlinge, medizinische Instrumente und vieles mehr werden ebenfalls verarbeitet. Es gibt viele technologische Anwendungen!



In den meisten Fällen sind Käufer solcher Geräte Ausländer. Dies sind Unternehmen aus Japan, China, den USA und europäischen Ländern. Leider betrachten russische Spezialisten gerade erst ähnliche Technologien.

Ich habe die Leute besucht, die diese Technologie herstellen und fördern. Ein kurzes Video (5 Minuten).


Münze nach der Verarbeitung
(«»). , .



Ich gebe keine direkten Links, um nicht gegen die Regeln der Website zu verstoßen, aber ich möchte den Jungs bei ihrem interessanten Projekt helfen. Wenn Sie also Fragen oder Interesse an den praktischen Anwendungen der Technologie haben, schreiben Sie in PM oder unter asmtomsk@gmail.com

More articles:


All Articles