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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen von
Elektronenstrahlprozessen unterschiedlicher Art, mittels der sowohl
thermische Prozesse, wie zum Beispiel das Elektronenstrahlschweißen
oder das Randschichthärten metallischer Werkstoffe, als
auch nicht-thermische Prozesse, wie zum Beispiel das Vernetzen von
Kunststoffen oder das Härten von Lacken, durchführbar
sind. Die Vorrichtung ist vorzugsweise bei der Forschung und Entwicklung
auf dem Gebiet der Elektronenstrahltechnologie sowie bei der Aus-
und Weiterbildung einsetzbar.
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Stand der Technik
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Bekannte
Elektronenstrahlanlagen lassen sich bezogen auf deren Anwendungsbedingungen
im Wesentlichen nach zwei Grundprinzipien unterscheiden: Elektronenstrahlanlagen,
bei denen ein erzeugter Elektronenstrahl unter Vakuumbedingungen
auf ein zu behandelndes Objekt trifft und Elektronenstrahlanlagen,
bei denen ein erzeugter Elektronenstrahl in einer Luft- oder einer
anderen Gasumgebung bei verschiedenen Druckverhältnissen
auf ein zu behandelndes Objekt trifft. Ein Umrüsten bekannter
Elektronenstrahlanlagen von einem Grundprinzip auf das andere ist
bei den bisher gegebenen Anlagenkonfigurationen entweder nicht oder
nur mit sehr großem Aufwand möglich. Als Alternative
bleibt die Installation von zwei separaten Anlagen. Dazu sind jedoch
ein höherer Investitionsaufwand, ein größerer Platzbedarf
und höhere Betriebskosten erforderlich.
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Wie
bereits oben beschrieben, können mit Elektronenstrahlanlagen
je nach Wirkungsweise thermische Prozesse oder nicht-thermische
Prozesse durchgeführt werden. Kommen bei thermischen Prozessen überwiegend
Elektronenstrahlanlagen mit gebündeltem Elektronenstrahl
hoher Leistung zum Einsatz, sind bei nicht-thermischen Prozessen
meistens Elektronenstrahlanlagen erwünscht, die einen beispielsweise
durch Ablenkung aufgefächerten Elektronenstrahl erzeugen.
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Es
sind verschiedene Konfigurationen von Elektronenstrahlanlagen bekannt,
die bei thermischen Prozessen eingesetzt werden. Diese umfassen
mindestens einen Elektronen strahlerzeuger, welcher im Wesentlichen
aus zwei Baugruppen, dem eigentlichen Strahlerzeugersystem und einem
Strahlführungssystem, besteht, wobei der Strahlerzeuger auf
oder an einer Vakuumkammer unterschiedlicher Art und Größe
installiert ist und einen Elektronenstrahl in die Vakuumkammer abgibt
(
DE 195 37 842 A1 ).
Für eine effektive Wirkungsweise des Elektronenstrahls
ist es dabei zweckmäßig, wenn der Elektronenstrahl
im Fein- oder auch Grobvakuum nur einen kurzen Weg bis zu einem
zu behandelnden Objekt zurücklegt.
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Bei
speziellen Anwendungen des Elektronenstrahlschweißens unter
Atmosphärenbedingungen (non vacuum electron beam welding)
werden Anlagen mit einer speziellen Strahlaustrittsdüse
eingesetzt. Diese Technik erlaubt das Herausführen eines fokussierten
Elektronenstrahls aus dem evakuierten Strahlerzeuger an den an Atmosphärendruck
liegenden Prozessort. Ein derart erzeugter Elektronenstrahl ist
jedoch nur sehr beschränkt für den Einsatz bei
nicht-thermischen Prozessen geeignet, weil das Energieniveau der
Elektronen bzw. die Energieverteilung innerhalb des Strahlquerschnittes
nicht für eine sinnvolle technologische Anwendung geeignet
ist. Eine Umrüstung von Elektronenstrahlanlagen aus dem
Gebiet der thermischen Elektronenstrahlprozesse für den
Einsatz bei nicht-thermischen Prozessen unter Atmosphärenbedingungen
ist aufwendig und unrentabel.
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Elektronenstrahlanlagen
für den nicht-thermischen Anwendungsfall bestehen üblicherweise aus
einem Strahlerzeuger und einem nach einem Strahlführungssystem
(auch Strahlführungsraum genannt) angeordneten Elektronenaustrittsfenster
DE 42 19 562 C1 (beispielsweise
als Titanfolie ausgebildet), durch welches ein oftmals defokussierter
Elektronenstrahl zum Prozessort unter Atmosphärenbedingungen
herausgeführt wird. Das Elektronenaustrittsfenster ist
mit einem relativ großen Arbeitsabstand zum Strahlführungssystem
angeordnet, um damit den erforderlichen Freiraum für die
mittels Strahlablenkung realisierbare Leistungsdichteverteilung über
die Fläche des Strahlaustrittsfensters zu schaffen. Der
Prozessort zum Behandeln eines Substrates ist nahe hinter dem Strahlaustrittsfenster
innerhalb einer Kammer angeordnet, um die beim Prozess entstehende
Röntgenstrahlung abzuschirmen und den Einsatz verschiedener
Prozessgasumgebungen zu ermöglichen. Ein Einsatz derartiger
Anlagen für Prozesse des Schweißens oder der thermischen
Randschichtbehandlung ist nicht möglich, weil die Leistungsdichte
des Strahls nach dem Durchdringen des Strahlaustrittsfensters für
einen Schweißprozess nicht ausreichend ist.
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Elektronenstrahlanlagen
für den Einsatz bei nicht-thermischen Prozessen auf der
Basis so genannter Linear- oder Bandstrahler (
DE 196 38 925 A1 ) ermöglichen
nicht das Generieren eines fokussierten Elektronenstrahls und sind
somit für thermische Anwendungen wie das Schweißen
generell nicht verwendbar. Insgesamt ist festzustellen, dass insbesondere
eine für den Einsatz in Forschung, Aus- und Weiterbildung
nutzbare Anlagentechnik mit Einsatzmöglichkeiten sowohl
bei thermischen wie auch nicht-thermischen Prozessen gegenwärtig
nicht verfügbar ist.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde eine Vorrichtung
zu schaffen, mittels der sowohl thermische als auch nicht-thermische Elektronenstrahlprozesse
an Substraten ausführbar sind.
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Die
Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen
von Elektronenstrahlprozessen an mindestens einem Substrat umfasst
eine evakuierbare Arbeitskammer, einen in der Arbeitskammer angeordneten
Substrathalter und einen Axialstrahler zum Erzeugen eines in die
Arbeitskammer gerichteten Elektronenstrahls, wobei der Axialstrahler
einen Strahlerzeuger und einen Strahlführungsraum aufweist.
Des Weiteren umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung
ein Trennelement. Sollen mit der Vorrichtung nicht-thermische Elektronenstrahlprozesse
am Substrat durchgeführt werden, wird das Trennelement
mittels lösbarer Befestigungselemente (welche auch entsprechende
Dichtmittel umfassen) derart in der Arbeitskammer fixiert, dass
die Arbeitskammer in zwei vollständig voneinander getrennte
Bereiche unterteilt ist. Dabei grenzt der erste Bereich direkt an den
Strahlführungsraum, wohingegen der zweite Bereich den Substrathalter
umschließt. In dem Flächenbereich, in welchem
der Elektronenstrahl auf das Trennelement auftrifft, ist das Trennelement
als Elektronenaustrittsfenster ausgebildet. Bei Aufgabenstellungen,
basierend auf thermischen Elektronenstrahlprozessen, werden die
Befestigungselemente am Trennelement gelöst und das Trennelement
entweder vollständig aus der Arbeitskammer entfernt oder derart
innerhalb der Arbeitskammer angeordnet, dass der Elektronenstrahl
nicht auf das Trennelement treffen kann.
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Das
Trennelement ermöglicht somit, dass mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung sowohl thermische als auch nicht-thermische Elektronenstrahlprozesse
an einem Substrat durchgeführt werden können.
Im einfachsten Fall ist das Trennelement als ebene Trennwand zwischen
gegenüberliegenden Wänden der Arbeitskammer ausgebildet.
Es kann jedoch beispielsweise auch haubenförmig oder als
geschlossenes Modul mit einer Öffnung an der Strahleintrittsstelle
ausgebildet sein. Für den Fall, dass ein Trennelement während
einer thermischen Anwendung innerhalb der Arbeitkammer an einem Ort
außerhalb des direkten Einwirkbereiches verbleibt, kann
es dennoch zweckdienlich sein, wenn das Elektronenaustrittsfenster
oder/und die Flanschelemente mit einer Abdeckung versehen sind,
um diese vor Beschädigung, beispielsweise durch Rückstreuelektronen
oder Metalldampf, zu schützen.
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Bei
einer Ausführungsform weist die Arbeitskammer eine verschließbare Öffnung
auf, durch welche das Trennelement und zu behandelnde Substrate
in die Arbeitskammer eingebracht und auch wieder daraus entfernt
werden können. Alternativ kann auch jeder der beiden Bereiche
der Arbeitskammer über eine separate verschließbare Öffnung
in einer Arbeitskammerwand verfügen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft,
wenn innerhalb der Arbeitskammer ein Elektronenaustrittsfenster
durch ein anderes ersetzt werden soll.
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Als
Elektronenaustrittsfenster kann jedes bekannte Elektronenaustrittsfenster
jeder Form, Größe, Dicke und aus jedem bekannten
Material eingesetzt werden. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls
auf ein Elektronenaustrittsfenster wird von diesem Energie absorbiert
und auch in Wärmeenergie umgewandelt. Eine weitere Ausführungsform
umfasst daher Mittel zum Kühlen des Elektronenaustrittsfensters. Das
Elektronenaustrittsfenster kann beispielsweise wassergekühlt
oder durch ein Gasgebläse gekühlt sein.
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Die
Ausrichtung des Axialstrahlers ist vorzugsweise senkrecht oder waagerecht.
Die Achse des Axialstrahlers kann jedoch auch mit jedem anderen
Winkel bezüglich der Horizontalen ausgerichtet sein.
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Ein
verwendeter Axialstrahler verfügt vorteilhafter Weise über
eine Strahlablenksteuerung, mittels welcher der erzeugte Elektronenstrahl
ablenkbar ist und wodurch der Auftreffpunkt des Elektronenstrahls über
eine Strecke bzw. eine Fläche auf einem Substrat wirksam
werden kann. Alternativ kann aber auch ein Substrat zum Zwecke der
Behandlung durch einen Elektronenstrahl mittels des Substrathalters
unter dem feststehenden Elektronenstrahl bewegt werden oder aber
es wird sowohl der Elektronenstrahl mittels einer Strahlablenk steuerung
abgelenkt und gleichzeitig auch das Substrat mittels des Substrathalters
bewegt. Es ist daher ebenfalls vorteilhaft, wenn der Substrathalter
bewegbar und insbesondere in Elektronenstrahlrichtung verschiebbar ausgebildet
ist. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass
ein bewegbarer Substrathalter auch solche Ausführungsformen
umfasst, bei denen der Substrathalter drehbar ausgebildet ist.
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Die
Strecke bzw. Fläche, innerhalb der ein Elektronenstrahl
mittels einer Strahlablenksteuerung auf einem Substrat wirksam werden
kann, ist umso größer, je weiter das Substrat
bzw. das Elektronenaustrittsfenster vom Strahlerzeuger entfernt
ist. So können unterschiedliche Anforderungen, die sich
aus einer Aufgabenstellung ergeben, auch unterschiedliche Entfernungen
eines Substrates vom Strahlerzeuger erfordern, welche dann mittels
des Substrathalters einstellbar sind. Nicht-thermische Aufgabenstellungen
erfordern gewöhnlich einen Substratabstand von einigen
Millimetern bis wenigen Zentimetern vom Elektronenaustrittsfenster.
Bei thermischen Anwendungen hingegen, wie beispielsweise dem Elektronenstrahlschweißen,
kann je nach Aufgabenstellung ein Substratabstand von wenigen Zentimetern
bis zu einem Meter und mehr vom Axialstrahler erforderlich sein.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Elektronenaustrittsfenster
ein Mittel, mittels dem in der Strahlablenksteuerung die einem jeden
Elektronenaustrittsfenster zugeordneten Strahlführungsparameter
aktivierbar sind. Beim Einsatz verschiedener Elektronenaustrittsfenster
bestehen auch unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich von Parametern
einer Strahlablenksteuerung. So ist beispielsweise bei unterschiedlichen
Größen oder Formen eines Elektronenaustrittsfensters
auch die Fläche verschieden, welche mittels des Elektronenstrahls
abzurastern ist. Wird beispielsweise ein Elektronenaustrittsfenster
versehentlich mit auf den Elektronenstrahl bezogenen Strahlführungsparametern
beaufschlagt, die einem kleineren Elektronenaustrittsfenster zugeordnet
sind, kann der Energieeintrag pro Flächeneinheit zu hoch
sein und zur Beschädigung des Elektronenaustrittsfensters
führen. Mittels eines Steckkontaktes an jedem Elektronenaustrittsfenster
können beispielsweise die einem Elektronenaustrittsfenster zugeordneten
Strahlführungsparameter kodiert und somit eine versehentlich
falsche Einstellung von Strahlführungsparametern verhindert
werden. Damit kann beispielsweise auch verhindert werden, dass ein
gebündelter und unabgelenkter Elektronenstrahl auf ein
Elektronenaustrittsfenster trifft und dieses zerstört.
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Mit
einem entsprechenden Mittel am Trennelement oder am Elektronenaustrittsfenster
(wie beispielsweise einem kodierten Steckkontakt) kann auch der
Bewegungsradius des Substrathalters eingeschränkt werden.
Dadurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass der bewegliche
Substratträger bei installiertem Trennelement nicht aus
Versehen gegen das Trennelement bzw. ein Elektronenaustrittsfenster
bewegt wird.
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Damit
mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verschiedenste
Aufgabenstellungen gelöst werden können, ist es
vorteilhaft, wenn am Axialstrahler verschiedene Beschleunigungsspannungen einstellbar
sind. Das Einwirken eines Elektronenstrahls auf Metalle umfasst
als meist negative Begleiterscheinung den Sachverhalt, dass gleichzeitig auch
Röntgenstrahlung freigesetzt wird. Bei einer Ausführungsform
weist die Arbeitskammer deshalb eine Abschirmung auf, welche an
die bei der höchstmöglich einstellbaren Beschleunigungsspannung auftretende
prozessspezifische Röntgenstrahlung angepasst ist.
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Insbesondere
bei nicht-thermischen Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn der erste
und der zweite Bereich der Arbeitskammer getrennt voneinander evakuierbar
sind, denn bei diesen Anwendungen wird ein zu behandelndes Substrat,
welches im zweiten Bereich angeordnet ist, oftmals unter Atmosphärenbedingungen
mit Elektronenenergie beaufschlagt. Im ersten Bereich sind hingegen
Vakuumbedingungen erforderlich, damit sich der vom Axialstrahler
erzeugte Elektronenstrahl bis zum Elektronenaustrittsfenster erstrecken
kann. Ein Axialstrahler verfügt meist über eine
eigene Vakuumpumpe, mittels welcher der Strahlerzeuger und der Strahlführungsraum
evakuierbar sind. Mittels dieser Vakuumpumpe kann beispielsweise
auch der erste Bereich der Arbeitskammer mit evakuiert werden. Da
die zu einem Axialstrahler zugehörige Vakuumpumpe jedoch
meist nicht für zusätzliche Volumen dimensioniert
ist, ist es vorteilhaft eine zusätzliche Vakuumpumpe einzusetzen,
um auch das Volumen des ersten Bereiches in einer kurzen Zeitspanne
evakuieren zu können. Diese zusätzliche Vakuumpumpe
kann entweder am Axialstrahler oder aber auch direkt am ersten Bereich
der Arbeitskammer angeschlossen sein.
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Der
zweite Bereich kann beispielsweise mittels der Pumpeinrichtung evakuiert
werden, mittels welcher auch die gesamte Arbeitskammer evakuierbar
ist. Diese Pumpeinrichtung kann alternativ auch so konfiguriert
sein, dass mit ihr über Umschaltventile beide Bereiche
der Arbeitskammer separat evakuierbar sind.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform ist im zweiten Bereich ein
Gaseinlass angeordnet, mittels dem ein Gas (beispielsweise ein Schutzgas)
in den Bereich einlassbar ist. Da insbesondere bei nicht-thermischen
Anwendungen, wie beispielsweise bei der Elektronenbehandlung von
Saatgut oder beim Modifizieren von Kunststoffgranulat, unter Atmosphärenbedingungen
reaktive Gase (beispielsweise Ozon) entstehen, ist es vorteilhaft,
wenn der zweite Bereich eine Pumpeinrichtung umfasst, mittels der
auch reaktive Gase aus der Arbeitskammer abpumpbar sind. Es ist
ebenfalls vorteilhaft, wenn im zweiten Bereich der Grad der Evakuierung
oder/und die Konzentration eines Gases einstellbar ist/sind, um
die für einen Elektronenstrahlprozess erforderlichen optimalen
Umgebungsbedingungen im zweiten Bereich einstellen zu können.
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Weitere
Ausgestaltungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeichnen sich dadurch aus, dass der erste oder/und der zweite Bereich
ein Einblick-Fenster zur Prozessbeobachtung aufweist/aufweisen.
Des Weiteren kann die Arbeitskammer eine Einrichtung zum Kühlen
eines Substrates aufweisen, welche beispielsweise ein oder mehrere Peltierelemente
oder ein Gasgebläse umfassen kann. Mittels eines Gasgebläses
kann neben einem Substrat gleichzeitig auch ein Elektronenaustrittsfenster
gekühlt werden. Das Härten von Lacken mittels
Elektronenenergie kann hingegen beispielsweise eine Basistemperatur
des Lackes erfordern, um die Oberflächenqualität
des Lackes gezielt zu beeinflussen. Es kann daher auch zweckmäßig
sein, wenn eine Arbeitskammer eine Heizeinrichtung zum Erwärmen
eines Substrates umfasst.
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Auch
bei Elektronenstrahlprozessen ist es wichtig über Mittel
zu verfügen, mit denen ein durchgeführter Prozess
bzw. die erzielte Qualität am Substrat insitu kontrolliert
und überprüft werden kann. So kann beispielsweise
mit Mitteln zum Erfassen von Primärelektronen eines Elektronenstrahls
oder/und zum Erfassen von rückgestreuten Elektronen die
Position eines Elektronenstrahls überprüft und
gegebenenfalls neu eingestellt werden, wohingegen beispielsweise
mittels einer auf ein Elektronenfenster oder ein Substrat gerichteten
Wärmebildkamera Aussagen über die flächenbezogene
Energieverteilung getroffen werden können.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung für den Einsatz bei einem nicht-thermischen
Elektronenstrahlprozess;
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2 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung für den Einsatz bei einem thermischen Elektronenstrahlprozess.
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In 1 ist
schematisch eine Elektronenstrahl-Vorrichtung 1 für
den Einsatz bei einem nicht-thermischen Prozess dargestellt. An
einer evakuierbaren Arbeitskammer 2 ist ein Axialstrahler 3 zum
Erzeugen eines in die Arbeitskammer 2 gerichteten Elektronenstrahls 4 befestigt.
Axialstrahler 3 umfasst einen direkt an Arbeitskammer 2 angrenzenden
Strahlführungsraum 5 und einen Strahlerzeuger 6.
Weil das Erzeugen des Elektronenstrahls 4 Vakuumbedingungen
erfordert, verfügt der Axialstrahler 3 ebenfalls über
eine Pumpeinrichtung 7, mittels der sowohl der Strahlerzeuger 6 als
auch der Strahlführungsraum 5 evakuierbar sind.
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Auf
einem beweglichen und insbesondere höhenverstellbaren Substrathalter 8 ist
Kunststoffgranulat 9 gelagert, welches in einem nicht-thermischen
Prozess mit Elektronenenergie beaufschlagt werden soll. Dadurch
sollen Materialeigenschaften des Kunststoffgranulats 9 modifiziert
werden. Das ungehinderte Auftreffen des Elektronenstrahls 4 auf Partikel
des Kunststoffgranulats 9 unter Vakuumbedingungen ermöglicht
keine reaktive Modifizierung der Partikel. Die gewünschte
Modifizierung der Partikel erfordert eine definierte Gasumgebung
am Prozessort. Beim Ausführungsbeispiel ist diese Gasumgebung
durch Atmosphärenbedingungen charakterisiert.
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Ein
haubenförmiges Trennelement 10, welches mittels
Flanschelementen 11 (welche auch entsprechende nicht dargestellte
Dichtelemente umfassen) im Inneren der Arbeitskammer 2 befestigt
ist, unterteilt die Arbeitskammer 2 in einen ersten, direkt an
den Strahlführungsraum 5 angrenzenden Bereich 12 und
einen zweiten Bereich 13, in welchem der Substrathalter 8 mit
dem Kunststoffgranulat 9 angeordnet ist.
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Über
eine verschließbare Öffnung 14 können sowohl
zu behandelnde Substrate als auch das Trennelement 10 in
die Arbeitskammer 2 eingebracht bzw. auch wieder daraus
entfernt werden. Des Weiteren verfügt die Arbeitskammer 2 über
eine Pumpeinrichtung 15, mittels der zum einen der zweite
Bereich 14 und zum anderen auch die gesamte Arbeitskammer 2,
wenn Trennelement 10 nicht mit den Flanschelementen 11 in
der Arbeitskammer 2 befestigt ist, evakuiert werden kann.
Im vorliegenden Anwendungsfall kommt Pump einrichtung 15 nicht
zum Einsatz, weil das Kunststoffgranulat 9 unter Atmosphärenbedingungen
mit Elektronenenergie beaufschlagt werden soll.
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Trennelement 10 umfasst
deshalb ein Elektronenaustrittsfenster 16, durch welches
Elektronen aus dem Elektronenstrahl 4 hindurchtreten und
bis zum Kunststoffgranulat 9 gelangen können.
Elektronenaustrittsfenster 16 ist als Titanfolie ausgebildet und
erstreckt sich über den Bereich des Trennelements 10,
auf den der Elektronenstrahl 4 auftrifft. Damit der Elektronenstrahl 4 bis
zum Elektronenaustrittsfenster 16 gelangen kann, sind auch
Vakuumbedingungen im ersten Bereich 12 erforderlich. Bereich 12 könnte
beispielsweise auch mittels der im Axialstrahler 3 integrierten
Pumpeinrichtung 7 evakuiert werden. Dies ist jedoch meist
nicht möglich, zumindest jedoch sehr zeitaufwändig,
weil die handelsüblich im bzw. am Axialstrahler eingesetzten
Vakuumpumpen (wie Pumpeinrichtung 7) nicht für
derartige Volumen dimensioniert sind. Am Axialstrahler 3 wurde
daher eine zusätzliche Pumpeinrichtung 17 angeschlossen,
mittels der auch der Bereich 12 über den Strahlführungsraum 5 effektiv
evakuiert werden kann.
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Weil
Elektronen bei ihrer Bewegung unter Atmosphärenbedingungen
mit zunehmender Wegstrecke an Energie verlieren, wird der höhenverstellbare Substrathalter 8 so
dicht an das Elektronenaustrittsfenster 16 bewegt, dass
das Kunststoffgranulat 9 mit etwa 2 cm vom Elektronenaustrittsfenster
beabstandet ist.
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Bei
dieser Konfiguration der Vorrichtung 1 wird die Fläche
des Elektronenaustrittsfensters 16 nach einem vorgegebenen
Programm mittels des Elektronenstrahls 4 periodisch abgerastert,
wodurch das unter dem Elektronenaustrittsfenster 16 auf
dem ggf. bewegten Substrathalter 8 angeordnete Kunststoffgranulat 9 flächig
mit Elektronenenergie beaufschlagt wird, welche eine Modifikation
von Eigenschaften (wie beispielsweise den Schmelzindex) des Kunststoffgranulats 9 bewirkt.
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In 2 ist
die in 1 beschriebene Vorrichtung 1 schematisch
in einer Konfiguration dargestellt, wie sie für das Durchführen
von thermischen Elektronenstrahlprozessen verwendbar ist. Mittels des
Elektronenstrahls 4 sollen zwei auf dem Substrathalter 8 angeordnete
Metallsubstrate 18 miteinander verschweißt werden.
Für diese Aufgabenstellung ist es erforderlich, einen fokussierten
Elektronenstrahl unter Vakuumbedingungen bis an die Nahtstelle der
beiden Substrate 18 heranzuführen. Die Flanschelemente 11 wurden
daher gelöst und das Trennelement 10 außerhalb
des Wirkbereiches des Elektronenstrahls 4 positioniert.
Beim thermischen Anwendungsfall kann das Trennelement 10 auch
durch die Öffnung 14 vollständig aus
der Arbeitskammer 2 entfernt werden. Mittels Pumpeinrichtung 7 wird
der Axialstrahler 3 und mittels Pumpeinrichtung 15 die Arbeitskammer 2 evakuiert,
so dass sich Elektronenstrahl 4 vollständig unter
Vakuumbedingungen bis zu den Substraten 18 erstrecken kann.
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Um
ein optimales Schweißergebnis zu erzielen, wurde der Substrathalter 8 gegenüber
dessen Position bei der zu 1 beschriebenen
Konfiguration noch etwas näher an den Axialstrahler 3 herangefahren.
Die hohe Energie des gebündelten Elektronenstrahls 4,
welche bei der Konfiguration für thermische Anwendungsfälle
auf die Substrate 18 auftrifft, ermöglicht das
Schmelzen des metallischen Substratwerkstoffs und somit auch ein
Verschweißen der zwei Substrate 18.
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Mit
den zu 1 und 2 beschriebenen Konfigurationen
ist Vorrichtung 1 geeignet sowohl nicht-thermische als
auch thermische Elektronenstrahlprozesse durchzuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19537842
A1 [0004]
- - DE 4219562 C [0006]
- - DE 19638925 A1 [0007]