Електронно-променева технологія
ЕЛЕКТРО́ННО-ПРОМЕНЕ́ВА ТЕХНОЛО́ГІЯ — сукупність технологічних процесів у вакуумі, пов’язаних з використанням енергії пучків прискорених електронів. Осн. види: електронно-променеве зварювання, електронно-променеве плавлення, випаровування, термічне і розмірне оброблення, свердління, різання термічне, паяння, наплавлення, переплав, локал. термічне оброблення, гравірування, нанесення покриттів.
Електронно-променевим плавленням одержують особливо чисті метали та сплави, випаровуванням метал. і неметал. матеріалів (оксидів, карбідів, боридів) з подальшою розділ. або суміс. їх конденсацією — покриття різного призначення (декор. або з певними фіз.-хім. властивостями). Електронно-променеве оброблення (напр., відпал) надає матеріалам потріб. структури, розмірне оброблення (напр., фрезерування) — заданої форми і розмірів. Як джерело електрон. пучків використовують спец. генератори — електронні гармати, що є складовою частиною електронно-технол. установок, печей (для переплаву). Електрони випромінюються при нагріванні катода (з вольфраму, танталу) та прискорюються у високовольт. електрич. полі між анодом і катодом. Відомі дві принципово різні системи плавил. електрон. гармат: без прискорювал. анода (з кільцевим катодом з вольфрам. дроту; у якості анода використовують метал, що розплавляється) та з анодами різного типу. Електронно-променеве плавлення заготовки (твердої або сипучої) здійснюють у спец. печах завдяки бомбардуванню поверхні металу пучками електронів декількох гармат. У свою чергу розплавлений метал потрапляє безпосередньо до кристалізатора або накопичується в проміж. ємності, звідкіля його переливають у кристалізатор. Завдяки вакууму й перегріву метал очищують від газів і небажаних домішок.
Знач. внесок у відкриття та вивчення енергет. ефектів електрон. променя зробили англ. учені В. Гроувс (нагрівання металів прискореним магніт. полем пучків електронів, 1852), В. Крукс (перенесення променями енергії й імпульсів, плавлення платинового анода, 1879), Дж.-Дж. Томсон (відслонення потоку електронів магніт. полем, 1897), амер. фізик Р.-Е. Міллікен (точне визначення зарядів електронів, 1905). У подальшому в різних країнах проводили дослідж. з удосконалення вакуум. техніки, джерел живлення, електрон. гармат та ін. Особлива необхідність в Е.-п. т. виникла в 1950-х рр. з розвитком нових галуз. напрямів, зокрема атом. енергетики, ракет. техніки, реактив. авіації, електроніки. Е.-п. т. також застосовують у металургії, машинобудуванні та ін. галузях промисловості, у яких є гостра потреба у виробах з високими експлуатац. якостями.
В Україні дослідж. електронно-променевих процесів і розроблення устаткування для таких видів Е.-п. т., як зварювання, плавлення, випаровування, розпочато від серед. 1950-х рр. в Електрозварювання Інституті НАНУ (ІЕЗ). 1971 у ньому створили першу лабораторну установку для електронно-променевого плавлення (О. Тихоновський, М. Тригуб), згодом пром. установки декількох типів з виготовлення високоякіс. корозійностій. та ін. типів сталей, титану (пл. 40–140 м2, вис. 11–12 м, діаметр виливків 0,7 м, довж. до 3 м) були впроваджені на підприємствах України та низки ін. країн (М. Жадкевич).
Укр. вчені розробили процеси електронно-променевого випаровування з наступ. конденсацією на поверхні виробу для отримання жаростій. багатокомпонент. покриттів (хром–алюміній–ітрій), сплавів на основі нікелю, кобальту (І. Малашенко, Б. Мовчан). Нині на основі високошвидкіс. електронно-променевого випаровування речовин і осадження парової фази у вакуумі розвиваються нові напрями одержання неорганіч. матеріалів з аморф., нано- і мікророзмір. з запрограмованою структурою і складом; гібридні технол. процеси, що включають іонізацію парового потоку осн. компонента або введення в нього органіч. добавок, зокрема для одержання нано-трубок і алмазоподіб. структур (Б. Мовчан, А. Устинов).
Під керівництвом Б. Патона в ІЕЗ вперше в світі винайдено електронно-променеве устаткування для Е.-п. т. виконання експериментів і ремонт. робіт на літал. косміч. апаратах (Д. Дудко, В. Лапчинський, В. Патон, І. Походня): «Вулкан» (зварювання й різання, 1969; косміч. корабель «Союз-6»), «Випарник» і «Випарник-М» (нанесення покриттів на метали і скло, 1979–80; орбітал. станція «Салют-6»), «УРІ» (різання, зварювання, паяння та нанесення покриттів на метали і скло у відкритому косміч. просторі, 1984; орбітал. станція «Салют-7»). У ІЕЗ відповідні гармати розроблено й для безтигел. зонного плавлення матеріалів диск. електрон. пучком. 1980–90 на косміч. апаратах для матеріалознав. експериментів, зокрема отримання надчистих металів і композиц. матеріалів, використовували електронно-променеві установки «Янтар», «Універсал» тощо. У співпраці з рос. ракетно-косміч. комплексом «Енергія» (О. Марков, В. Нікитський) в ІЕЗ (Ю. Асніс, О. Загребельний, В. Лапчинський, В. Хорунов) створ. низку нових технологій з’єднання й ремонту косміч. конструкцій, типів з’єднань та надій. оптимал. конструкцій електронно-променевих установок. Електронно-променеві гармати, розроблені ІЕЗ (Ю. Ланкін, О. Назаренко, В. Шелягін) та спільно з Електродинаміки Інститутом НАНУ (Ю. Дроботов), застосовано як інжектори електрон. променів під час вивчення явищ у стратосфері й іоносфері, зокрема спіл. рад.-франц. експерименті зі створення штуч. поляр. сяйв «Аракс» (1974–75), у геофіз. експериментах «Зірниця» .
Рекомендована література
- Патон Б. Е., Мовчан Б. А. Электронный луч в современной вакуумной металлургии // Вест. АН СССР. 1965. № 1;
- Назаренко О. К. Электронно-лучевая сварка. К., 1965;
- Патон Б. Е., Кубасов В. Н. Эксперимент по сварке в космосе // АС. 1970. № 5;
- Мовчан Б. А., Тихоновский А. Л., Курапов Ю. А. Электронно-лучевая плавка и рафинирование металлов и сплавов. К., 1973;
- Шиллер З., Гайзик У., Панцер З. Электронно-лучевая технология. Москва, 1980;
- Космическая технология и материаловедение. Москва, 1982;
- Мовчан Б. А. Электронно-лучевая плавка и испарение в современной металлургии и машиностроении // Сварка и специальная электрометаллургия. К., 1984;
- Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Козлитин Д. А. и др. Электронно-лучевая плавка. К., 1997;
- Патон Б. Е., Вавілова І. Б., Негода О. О., Яцків Я. С. Україна в сузір’ї космічних держав світу. К., 2001;
- Кайдалов А. А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. К., 2004.
Завантажити статтю
