Електронно-променева технологія

ЕЛЕКТРО́Н­НО-ПРОМЕНЕ́ВА ТЕХНОЛО́ГІЯ — сукупність технологічних процесів у вакуумі, повʼязаних 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 зʼ­єд­на­н­ня й ремонту косміч. кон­струкцій, типів зʼ­єд­нань 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» .

Завантажити статтю