Расчеты параметров электронно-лучевого испарителя

Пример расчета основных параметров электронно-лучевого испарителя. Для иллюстрации применения описанной методики рассчитаем основные параметры электронно-лучевого испарителя промышленной линии со следующими исходными данными: скорость движения полосы и = 3 м/с; размеры полосы (ширина 1000, толщина 0,25 мм); необходимая толщина алюминиевого покрытия — по 2 мкм с каждой стороны полосы. Температуру испарения выбираем равной 1500° С, чтобы не происходило разбрызгивания алюминия, в соответствии с рекомендациями работы. Алюминий именно благодаря этому свойству используется при производстве емкости для нефтепродуктов. Скорость испарения алюминия при этой температуре составляет 0,115 кг/(м2-с). По формуле находим площадь испарения 0,225 м2. Считая, что потери в источниках питания, системах формирования луча и управления им равны 15%, получим общий к. п. д. т) = 0,45. По формуле рассчитываем необходимую мощность испарителя Р = 900 кВт, т. е. по 450 кВт на каждую сторону полосы. Всю мощность, необходимую для нанесения покрытия на одну сторону (450 кВт), целесообразно распределить на шесть пушек по 75 кВт каждая, применив три прямоугольных тигля (по две пушки на один тигель). Тогда площадь каждого тигля составит 0,075 м2. Найдем соотношение сторон прямоугольных тиглей, которое обеспечит получение принятого в начале расчета коэффициента использования паров.

Геометрическая интерпретация позволила без сложных расчетов за короткое время построить линии равной толщины, облегчающие выбор взаимного расположения испарителя и полосы при заданных начальных условиях. Вдоль каждой линии выражение в скобках формулы остается постоянным. Рассмотрим пример применения для решения задач, возникающих при проектировании камер непрерывного нанесения покрытий на полосовые материалы:

1) по заданной геометрии испарения рассчитать относительную неравномерность толщины покрытия на краю полосы, а также распределение толщины покрытия по ширине полосы;

2) по заданной ширине полосы и допустимой неравномерности выбрать геометрию испарения.

В первом случае на номограмму наносят проекцию подложки, и в точках пересечения ее с линиями равной толщины получают данные, необходимые для расчета. Решение второй задачи неоднозначно. Если дополнительно известна ширина испарителя, то задача сводится к нахождению минимального расстояния испаритель-подложка, при котором неравномерность не превышает допустимой величины. Для этого на оси отмечают размер подложки и восстанавливают перпендикуляр до пересечения с линией, соответствующей заданной максимально допустимой неравномерности толщины покрытия на подложке. Зависимость коэффициента использования паров от геометрии испарения: расчеты значительно упрощаются, если ввести геометрическую интерпретацию формулы. Коэффициент использования паров равен полуразности относительных длин прямых, соединяющих крайнюю точку полосы с краями испарителя. Отсчет удобно проводить в процентах, если нанести предварительно деления на отрезок. Геометрическая интерпретация необходима и при сравнительной оценке нескольких вариантов, либо при выборе такого расположения испарителя и подложки, при котором обеспечивается заданная величинах. Если проводить обратные построения, то можно получить линии равного коэффициента использования паров.

Данные позволяют решать два типа задач:

1) нахождение коэффициента х по известной геометрии испарения;

2) выбор геометрии испарения по заданному коэффициенту х.

Любое изменение геометрии испарения по-разному сказывается на равномерности толщины покрытий и коэффициенте использования паров. Так, увеличение ширины испарителя, уменьшение ширины подложки и увеличение расстояния между ними улучшают равномерность, однако при этом уменьшается коэффициент х. Таким образом, требования к высокой степени равномерности покрытия по толщине и коэффициенту использования паров противоречивы, и при проектировании агрегатов непрерывной металлизации необходимо выбирать компромиссные решения.