Вакуумного фотоэлемента

Рабочая камера вакуумной установки представляет собой металлический или стеклянный колпак /, который устанавливается на плите 6. Между колпаком и плитой находится вакуумное уплотнение 5. Внутри рабочей камеры расположены подложка 3, которая закреплена на держателе, не показанном на „ рисунке, нагреватель 2 подложки и испаритель 4. Между испарителем 4 и подложкой 3 устанавливает- ?^ ся заслонка 8, позволяющая в нужный момент пе- « . рекрывать поток испаряемого вещества на подлож- ^fej ку 3. Рабочая камера через отверстие 7 соединена с вакуумным насосом. Нагрев подложки перед напылением улучшает адгезию пленок. рис j %

Новоротная печь с фиксированной изложницей ( 14-8, я) представляет собой герметичный кожух 1 с крышкой 2 и боковой горловиной для присоединения камеры изложницы 7. Фланцы крышки и горловины имеют, как и у вакуумных печей других конструкций, резиновые уплотнения н охлаждаются водой для предохранения резиновых прокладок от перегрева. При сливе металла из тигля 3 в изложницу 8 наклоняется вся печь вместе с кожухом; изложница неподвижна относительно тигля. Откачка производится через полую ось наклона 5, что избавляет от необходимости устройства гибкого вакуумпровода. Печь снабжена застекленным смотровым окном 6 и ломиком 4, проходящим сквозь вакуумное уплотнение в крышке п позволяющим осаживать шихту без нарушения вакуума.

для добавок шихты в процессе плавки, устройством для замера температуры и взятия проб металла для химического анализа, устройством для пробивки мостов и шихты, осаживания шихты и зачистки тигля после слива металла. В крышке и боковых стенках камеры печи устраивают гляделки для наблюдения за ходом плавки и патрубок для присоединения к вакуумной системе. Кожух печи выполняют из нержавеющей стали, стойкой к коррозии, с двойными стенками для водоохлаждения. Для уменьшения потерь от электромагнитного поля индуктора предусматривают электромагнитные экраны в виде медных листов, окружающих индуктор снаружи, или ферромагнитные экраны в виде пакетов из электротехнической стали 3411, устанавливаемые снаружи индуктора у печей на 50—1000 Гц. Токоподводы проводят через вакуумное уплотнение в кожухе печи или через поворотное устройство, позволяющее поворачивать печь без нарушения вакуума. Токоподводы и индуктор охлаждаются водой.

Как видно из рисунка, основной частью конструкции является рабочая камера печи 5, к которой присоединен патрубок 2, в котором размещается расходуемый электрод 7, подвешенный к подвижному штоку 3 при помощи держателя 4. Шток 3 проходит через вакуумное уплотнение 1, расположенное в верхней'части патрубка 2. К нижней части рабочей камеры 5 присоединен медный кристаллизатор 8, снабженный рубашкой водяного охлаждения 9. К нижней части кристаллизатора присоединен токоподвод 10. На рабочей камере 5 устроено смотровое окно (гляделка) 11 и присоединены вакуумные насосы через патрубок б, а к верхней части подвижного штока присоединен токоподвод 12 к расходуемому электро-

рабочая камера 5, к которой при помощи патрубка 10 присоединена вакуумная система. В верхней части рабочей камеры находится патрубок, через который проходит шток 4, несущий нерасходуемый электрод 9, выполняемый обычно из вольфрама или графита. Шток 4, пропущенный через вакуумное уплотнение 2, может иметь на конце колено, позволяющее электроду 9 при вращении штока описывать на поверхности расплавленного металла окружность, чем достигается более равномерный нагрев поверхности жидкой ванны. Шток приводится во вращение механизмом 13. К верхней части камеры 5 присоединяется также питатель 11, подающий в печь шихту из находящегося под вакуумом бункера 12. К. нижней части камеры 5 присоединяется медный кристаллизатор 6, снабженный рубашкой водяного охлаждения 7. Ток подводится к штоку через токоподвод / и к кристаллизатору через токоподвод 8. Наблюдение за процессом ведется через гляделку 3.

При плавке с вытягиванием слитка ( 7-3,а) уровень жидкой ванны — поверхности направляемого слитка все время находится у верхнего обреза кристаллизатора /, а наращиваемый слиток 2, опирающийся на подвижной водо-охлаждаемый поддон 3 при помощи штока 4, проходящего через вакуумное уплотнение 5, время от времени продвигается вниз. Поэтому газы, выделяющиеся с поверхности жидкой ванны, беспрепятственно удаляются вакуумной системой. В этом случае кристаллизатор может быть выполнен коротким, а ниже его должна находиться камера охлаждения слитка. Длина кристал-

Некоторые сплавы оказалось целесообразным подвергнуть двойному переплаву, в связи с чем была предложена схема печи, в которой осуществляются последовательно оба переплава. Идея конструкции заключалась в том, что слиток, полученный в результате первого переплава, без извлечения из печи приваривается к огарку расходуемого электрода и подвергается второму переплаву в кристаллизаторе большого диаметра. Схема такой печи представлена на 7-4. Здесь к рабочей камере / присоединяется кристаллизатор 2 для слитка первого переплава. Поддон 3, движущийся на штоке 4, проходящем через вакуумное уплотнение 5, запирает кристаллизатор первого переплава. После наплавления слитка 7 он приваривается к огарку электрода 9, и второй переплав осуществляется ,в кристаллизаторе 6 большего размера. Откачка системы осуществляется через патрубок 8.

Однако если в состав расходуемого электрода ввести небольшое количество металла с низкой величиной работы выхода электронов (цезия, иттрия, неодима, солей кальция или натрия), то величина катодного падения напряжения будет определяться именно этими добавками. Следовательно, произойдет уменьшение доли мощности, выделяющейся на электроде, и его плавление будет происходить медленнее или практически прекратится. Такой электрод называют квазирасходуе-мым. В этом случае возрастает доля мощности, выделяющейся на аноде (жидкой ванне), что позволяет увеличить ее объем и температуру. На 7-6 показана схема такой печи. В корпусе печи /, снабженном патрубком для откачки 2, размещен вакуумируемый бункер 3 с шихтой, подвергаемой переплаву. Квазирас-ходуемый электрод 4, подвешенный на подвижном штоке 5, проходящем через вакуумное уплотнение 6, входит в соприкосновение с шихтой, заполняющей гарниссажный тигель в виде воронки 7. Зажигается дуга, и шихта плавится. После накопления жидкой ванны проплавляется

пробка 8, закрывающая отверстие в тигле, и металл сливается в одну из изложниц 9, установленных на поворотном столе 10, ось которого через вакуумное уплотнение // выходит из печи и соединяется с механизмом поворота стола 12. После этого тигель 7 вновь заполняется шихтой и операция повторяется. Наблюдение за процессом ведется через гляделку 13.

ляемых металлов, поэтому необходимо снабжать гляделки системой сменных стекол и производить смену их без нарушения вакуума. На 7-16 показано устройство такой гляделки, состоящей из охлаждаемого патрубка /, приваренного к корпусу рабочей камеры, и фасонных фланцев 2 и 3. Ось 4, проходящая через вакуумное уплотнение 5, несет металлический диск 6, в который заделан по окружности ряд кварцевых или жароупорных стекол 7, сменяющих друг друга при повороте оси 4. В наружный фланец 3 при помощи дополнительного фланца 8 на вакуумных прокладках 9 заделано стекло 10, через которое ведется наблюдение за процессом.

В центре верхней части рабочей камеры располагаются направляющая шток втулка и вакуумное уплотнение, через которое шток проходит в печь.

4.18. Устройство (а) и условное графическое обозначение (б) вакуумного фотоэлемента

4.19. Схема включения вакуумного фотоэлемента

Если к фотоэлементу, на фотокатод которого падает световой поток Ф ( 4.19), приложено анодное напряжение U&, то в цепи появится фототек /ф через нагрузочный резистор RH. Фототок, как следует из закона Столетова, при определенных условиях пропорционален световому потоку. Таким образом, энергетическая характеристика фототока вакуумного фотоэлемента практически линейна в большом диапазоне изменения световых потоков. При высоких значениях освещенностей энергетическая характеристика становится нелинейной, ее крутизна уменьшается из-за образования объемного заряда у поверхности фотокатода. Нелинейность энергетической характеристики фотоэлемента может явиться следствием «утомления» фотокатода, т. е. уменьшения чувствительности фотоэлемента при работе его в режиме нагрузки.

Вольт-амперные характеристики вакуумного фотоэлемента имеют вид, показанный на 4.21. При малых значениях анодного напряжения Ua характеристики имеют крутой подъем. Это объясняется тем, что при низких напряжениях Ua только небольшая часть эмиттированных фотокатодом электронов попадает на анод, площадь которого мала по сравнению с фотокатодом. С повышением анодного напряжения все большее число свободных электронов, находящихся в колбе, стягивается к аноду. По мере нарастания анодного напряжения этот процесс происходит очень интенсивно,

4.21. Вольт-амперные характеристики вакуумного фотоэлемента

Инертный газ вводят в фотоэлемент для повышения его чувствительности, которая увеличивается в несколько раз по сравнению с чувствительностью соответствующего вакуумного фотоэлемента. Такое увеличение чувствительности связано с возникновением в приборе темного разряда. Вторичные электроны, возникающие при этом разряде, вызывают увеличение тока. Это явление носит

название газового усиления и характеризуется коэффициентом газового усиления Кг, равным отношению фототока газоразрядного фотоэлемента /г к фототоку вакуумного фотоэлемента /в:

10.5. На 10.1 изображены вольт-амперные характеристики вакуумного фотоэлемента СЦВ-3. Для анодного напряжения (Уа=70 В постройте световую характеристику и определите интегральную чувствительность фотоэлемента.

10.7. Будет ли наблюдаться линейность световой характеристики вакуумного фотоэлемента, если он не работает в режиме насыщения? Что такое темновой ток и как следует его учитывать при расчете схем с фотоэлементами?

12.13. В цепи вакуумного фотоэлемента с кислородно-цезиевым фотокатодом включен резистор нагрузки сопротивлением /?н=1 МОм. Сравнить уровни дробового и теплового шумов, выделенных на этом резисторе. Условия

а — схема включения; б— положение рабочей точки на характеристиках вакуумного фотоэлемента; в — положение рабочей точки на характеристиках газонаполненного фотоэлемента