DE1298850B

DE1298850B - Verfahren zur Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahles geladener Partikel

Info

Publication number: DE1298850B
Application number: DEU10209A
Authority: DE
Inventors: Barry Frank William
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1962-11-05
Filing date: 1963-10-18
Publication date: 1969-07-03
Also published as: NL299874A; CH433526A; BE638949A; US3156811A; GB1069791A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahles geladener Partikeln, die in einem Bereich relativ niedrigen Druckes erzeugt und gegen das zu bearbeitende Material gerichtet werden, das in einem Bereich anderen Druckes, im allgemeinen relativ hohen Druckes, liegt, bei dem zwischen den beiden Bereichen unterschiedlichen Druckes durch einen Fluß von unter Druck stehendem Abdichtungsgas ein Druckgefälle erzeugt wird, das kontinuierlich in Richtung von dem Bereich niedrigen Druckes zu dem Bereich höheren Druckes ansteigt.
Zu den Vorteilen der Verwendung eines Elektronenstrahles od. dgl. gehören die trägheitslose Steuerung und die große Energiekonzentration. Zu den Nachteilen gehören die Neigung eines Elektronenstrahles, bei Kontakt mit Luft oder anderem Material gestreut und gedämpft zu werden.
Ein bekanntes Mittel, um solche Dämpfung und Streuung zu vermeiden, besteht darin, den Elektronenstrahlgenerator und das zu bearbeitende Material unter Vakuum zu halten. Hieraus ergeben sich jedoch verschiedene offensichtliche Nachteile. Zunächst wird durch die Abmessungen einer evakuierten Bearbeitungskammer die Größe der zu behandelnden Werkstücke begrenzt. Ferner tritt häufig eine rasche Verdampfung des bearbeiteten Materials auf, und das dabei entstehende verdampfte Material schlägt sich auf der Innenseite der Vorrichtung nieder, wobei eine Wolke des verdampften Materials überdies noch den Strahl dämpft.
Um diese letztgenannte Schwierigkeit zu vermeiden, kann das Werkstück unter einer inerten Atmosphäre gehalten werden, die zur Folge hat, daß sich die Verdampfung des zu bearbeitenden Materials verringert. Es ist jedoch einzusehen, daß jedes Umgebungsgas den Elektronenstrahl nach Maßgabe seines Druckes dämpft. Um eine solche Dämpfung zu verringern, sind bisher zwei Maßnahmen angewandt worden.
Die erste Maßnahme bestand darin, die Arbeitskammer gegenüber dem evakuierten Gefäß, das den Elektronenstrahl enthielt, abzudichten. Hierdurch würde ein Fenster in der Bahn des Strahles erforderlich, das gegenüber dem unter Atmosphärendruck stehenden Umgebungsgas nicht durchlässig ist, das aber den Elektronenstrahl durchläßt. Es wurde gefunden, daß ein diesen Anforderungen genügendes Fenstermaterial den Strahl so dämpft, daß eine wirtschaftlich nicht tragbare Eingangsleistung erforderlich ist, um den Strahlgenerator zu betreiben. Überdies verdampfte das Fenstermaterial bei den zur Bearbeitung von Materialien erforderlichen Leistungspegeln bei Kontakt mit dem Strahl selbst.
Die zweite Maßnahme, mit der versucht wurde, die Strahldämpfung zu verringern, bestand in der sogenannten dynamischen Druckstufenabdichtung (USA.-Patentschrift 2 987 610). Eine Bohrung geringen Durchmessers wird zwischen einer evakuierten Strahlkammer und einer Arbeitskammer vorgesehen. Die Druckstufenabdichtung verringert die Dämpfung des Strahles, der die Bohrung durchsetzt. Die Druckstufenabdichtung enthält ein System von Druckkaskadenkammern zunehmenden Gasdruckes, die in Reihe in Richtung des Strahles angeordnet sind und feine, untereinander in Flucht liegende 5ffnungen aufweisen, so daß nur ein Bruchteil der ;esamten Druckdifferenz wirksam wird, um das Arbeitskammergas in jede der aufeinanderfolgenden Kammern eintreten zu lassen. Der Elektronenstrahl kann durch diese Öffnungen, und daher Stufe um Stufe, von demjenigen Teil der evakuierten Kammer, die den Strahlgenerator enthält, in die Kammern zunehmenden höheren Gasdruckes und schließlich in die Arbeitskammer geleitet werden. Diese Maßnahme wurde im Bereich der Elektronenmikroskopie angewandt, aber, wie auch die Anwendung des Elektronenstrahlfensters, bewirkt sie eine übermäßige Dämpfung des Strahles bei den relativ hohen Energiekonzentrationen, die zur Bearbeitung von Materialien erforderlich sind. Weiterhin waren ausgedehnte Pumpanlagen erforderlich, um die niedrigen Drücke in den verschiedenen Druckkammern aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist es bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 1849 774), um die Austrittsstelle des Elektronenstrahles aus der letzten Druckkammer herum ein Inertgas auszublasen. Dieses Inertgas beeinflußt jedoch die Druckverhältnisse um den Elektronenstrahl herum nicht wesentlich. Das Inertgas soll lediglich als Schutzgas zur Verdrängung der Luft dienen.
Es ist weiterhin bekannt (schweizerische Patentschrift 344142), zum Abdichten eines Unterdruckraumes gegenüber der Umgebung des Werkstückes bei einer Elektronenstrahl-Schweißvorrichtung ein Abdichtgas zu verwenden. Dieses Abdichtgas wird seitlich an den Kanal herangeführt, durch den der Elektronenstrahl aus der Unterdruckkammer auf das Werkzeug tritt. Kurz bevor das Abdichtgas auf den Kanal trifft, wird es in Richtung der Elektronenbewegung des Strahles abgelenkt. Infolge seiner Strömungsgeschwindigkeit erzeugt das Abdichtgas in bezug auf die Unterdruckkammer einen Saugeffekt. Das Abdichtgas strömt jedoch mit Unterschallgeschwindigkeit, so daß bei dieser Anordnung lediglich der normale Strahlpumpeneffekt ausgenutzt ist.
Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt (USA.-Patentschrift 2 811828), die bei einem Strahltriebwerk verwendet werden soll. Diese Vorrichtung weist öffnungen zwischen einer Kammer und einem Mantelraum auf. In dem Mantelraum fließt ein Gasstrom mit überschallgeschwindigkeit, der eine im Mantelraum quer verlaufende raumfeste Stoßwelle ausbildet. Diese bekannte Vorrichtung gibt jedoch keine Anregung, wie man mittels einer solchen Stoßwelle einen Bereich relativ niedrigen Druckes von einem Bereich relativ hohen Druckes trennen könnte.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahles geladener Partikeln anzugeben; bei dem eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abdichtung zwischen einem Bereich relativ niedrigen Druckes, in dem der Elektronenstrahl erzeugt wird, und einem Bereich relativ hohen Druckes, in dem sich das zu bearbeitende Material befindet, erreicht wird.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß das Druckgefälle durch eine raumfeste, die beiden Bereiche voneinander trennende Stoßwelle in einem mit überschallgeschwindigkeit fließenden Abdichtungsgas erzeugt wird.
Die erfindungsgemäße Maßnahme gestattet es, den Bereich relativ niedrigen Druckes von dem Bereich relativ hohen Druckes auf wirksamere Weise zu trennen, als es mit einem Abdichtgas möglich wäre, das mit Unterschallgeschwindigkeit strömt und ledigich einen Strahlpumpeneffekt zeigt. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, daß das Gas im wesentlichen quer zum Strahl gerichtet wird.
Eine andere Weiterbildung kann darin bestehen, daß das Gas im wesentlichen schräg zum Strahl gerichtet wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer den Bereich neidrigen Druckes definierenden Vakuumkammer, mit einer den Bereich hohen Druckes difinierenden Bearbeitungskammer, mit einer Öffnung zwischen der Vakuumkammer und der Bearbeitungskammer, durch die der Elektronenstrahl tritt, und mit einem zu der Öffnung führenden Gaszuführungskanal kann dadurch gekennzeichnet sein, daß der Gaszuführungskanal unter einem spitzen Winkel gegen die Elektronenstrahlrichtung auf die Öffnung zugeführt und vor der Öffnung zu dem Elektronenstrahl hin gekrümmt ist.
Die erwähnte Krümmung bildet für das mit Überschallgeschwindigkeit strömende Abdichtgas Störstellen, so daß raumfeste Stoßwellen entstehen, die die Bearbeitungskammer von der Vakuumkammer trennen und ein Eindringen von Gas in die Vakuumkammer verhindern.
Eine andere Möglichkeit zur Ausbildung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, daß der Gaszuführungskanal mit seinem Auslaßende die Öffnung der Vakuumkammer nächst dem Werkstück rings umschließt, in bezug zum Strahl im wesentlichen radial nach außen weist und gegen das Werkstück hin gekrümmt ist.
Auch durch diese Maßnahme werden raumfeste Druckwellen erzeugt, die eine Isolierung der Vakuumkammer von der Bearbeitungskammer bewirken.
Vier Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachfolgend unter Hinweis auf die Figuren beschrieben.
F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung im Querschnitt, bei der ein zweidimensionaler, rechtwinkliger Durchlaß einen Überschallstrom von Dichtungsgas in eine Strahlkammer richtet, wobei der Durchlaß für das Dichtungsgas im wesentlichen quer zur Strahlrichtung verläuft und wobei der Strom des Dichtungsgases in einem überschalldiffusor wieder eingefangen wird; F i g. 2 zeigt im Querschnitt eine zweite Ausführungsform, bei der durch einen ringförmigen Durchlaß Dichtungsgas in eine Strahlkammer gerichtet wird, und zwar im wesentlichen schräg zur Strahlrichtung; das Dichtungsgas fließt in das Umgebungsgas des Werkstückes ab; F i g. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform im Querschnitt, bei der ein ringförmiger Durchlaß einen Überschallstrom aus Dichtungsgas im wesentlichen radial auswärts in bezug zur Strahlrichtung direkt in das Umgebungsgas richtet; F i g. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform, die ähnlich der in F i g. 3 dargestellten ist, bei der jedoch überdies eine mechanische Dichtung rund um den Strahl vorgesehen ist.
Vorrichtung nach F i g. 1; Dichtungsgasstrom quer zum Strahl; geschlossenes Leitungssystem für das Dichtungsgas Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 ist ein Strahlgenerator 10 vorgesehen, der einen Strahl längs einer Achse 12 aussendet. Dieser Strahl wird mit einer Fokussierungsanordnung 14 fokussiert und gelangt durch eine kleine Gefäßöffnung 16 in eine Strahlkammer 18 und dann durch eine zweite Öffnung 20, die in Flucht mit der Gefäßöffnung 16 liegt, zu einem Werkstück 50, auf das er trifft. Das Werkstück 50 liegt auf einem Tisch 51 oder ist in anderer Weise abgestützt oder gehaltert.
Obwohl in F i g. 1 als Fokussierungsmittel eine Magnetlinse dargestellt ist, so können doch auch andere Fokussierungsmittel angewandt werden, beispielsweise kann auch eine Reihe elektrischer Linsen mit einem elektrostatischen System angewandt werden.
Der Teil des Strahlgenerators 10, aus dem der Strahl austritt, ist in einem evakuierten Gefäß 22 enthalten, das über eine Rohrleitung 24 mit einer Hochvakuumpumpe 26 verbunden ist. Die Pumpe kann in dem evakuierten Gefäß 22 einen Druck in der Größenordnung 10-5 Torr aufrechterhalten.
Obwohl sich die Gefäßöffnung 16 in dem evakuierten Gefäß 22 befindet, so kann sie doch auch in der letzten Kammer einer Druckstufenabdichtung angeordnet sein, wenn eine solche Druckstufenanordnung verwendet wird.
Zwischen dem Werkstück 50 und dem evakuierten Gefäß 22 befindet sich ein Gehäuse 30 mit zwei inneren, einander gegenüberstehenden Wandflächen 32 und 34, die an die Gefäßöffnung 16 angrenzen, aber von dieser abgewandt sind und die wenigstens teilweise einen Gaszuführungskanal33 begrenzen. Das Einlaßende des Kanals 33 ist über eine Rohrleitung 15 mit einer Vorrichtung 28 verbunden, die unter Druck stehendes Dichtungsgas liefert. Das Auslaßende 17 des Kanals ist mit der Strahlkammer 18 verbunden.
Das Gehäuse 30 weist ferner einander gegenüberstehende Innenwandflächen 42 und 44 auf, die wiederum an die Gefäßöffnung 16 angrenzen, aber dieser abgewandt sind. Die Oberflächen 42 und 44 begrenzen wenigstens teilweise einen Gasrückführungskanal 43 für das Dichtungsgas. Das Einlaßende 19 dieses Gasrückführungskanals kommuniziert mit der Seite der Strahlkammer 18, die dem Auslaßende 17 des Gaszuführkanals 33 gegenübersteht.
Das Auslaßende des Gasrückführungskanals 43 kann mit der Druckgasquelle 28 über eine Rohrleitung 46 verbunden sein.
Der Gaszuführungskanal 33 kann in verschiedenster Weise ausgebildet werden. Nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 hat er im wesentlichen rechtwinkeligen Querschnitt. Dies ist für die folgende Darstellung zweckmäßig, um zweidimensional den Fluß des Dichtungsgases im Gaszuführungskanal 33 zu erläutern. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, richtet der Kanal 33 mit seiner im wesentlichen konkaven Wandfläche 34 den Strom des Dichtungsgases im wesentlichen zur Gefäßöffnung 16. Bei der dabei erfolgenden Ablenkung des Stromes entsteht ein Druckgradient über ihm; der niedrige Druck dieses Gradienten befindet sich in dem Bereich des aus dem Kanal austretenden Stromes, der nächst der Gefäßöffnung 16 liegt.
Um den Druck des Dichtungsgases im Bereich der Gefäßöffnung 16 noch weiter zu verringern, ist vorzugsweise aus den Wandflächen 32 und 34 eine Überschalldüsenanordnung zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Gasstromes gebildet. Die Wandflächen 32 und 34 begrenzen einen konvergenten und einen sich daran über eine Kehle 40 anschließenden, divergenten Abschnitt. Die Druckquelle 28 für das Dichtungsgas erzeugt einen überschallfluß wenigstens in dem divergenten Abschnitt - in Gasflußrichtung gesehen - nach der Kehle 40 und quer zur Strahlkammer 18. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, fließt der aus dem Gaszuführungskanal 33 austretende Gasstrom im wesentlichen quer zum Strahl und erzeugt eine Gasdichtung der Gefäßöffnung 16. Dadurch wird der Leckfluß des Umgebungsgases in das Gefäß verhütet.
Der auf gekrümmter Bahn verlaufende überschallstrom des Dichtungsgases gestattet, sehr niedrige Drücke im Bereich nächst der Gefäßöffnung 16 zu erzielen. Bei einem solchen überschallstrom treten jedoch notwendigerweise Kompressions- und Expansionswellen auf. Diese Wellen oder Druckstörungen pflanzen sich quer zum Strom fort. Einige der günstigen Wirkungen des Niederdruck-überschallftusses würden verlorengehen, wenn Druckwellen den Strom vor Erreichen der Gefäßöffnung 16 überqueren würden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 werden die Druckwellen nur - in Gasstromrichtung gesehen - hinter einer übergangssteile 35 auf der Außenwandfläche 34 gebildet.
Die notwendigerweise an der im wesentlichen konkaven Wandfläche 34 gebildeten Kompressionswellen werden mittels eines Abschnittes dieser Wandfläche, die im wesentlichen geradlinig verläuft und zwischen der Kehle 40 und der übergangsstelle 35 liegt, verschoben. Ist die Nenn-Machzahl bekannt, so geht die erste Druckwelle von der übergangssteile 35 aus und verläuft unter einem bekannten Winkel in bezug auf die Wandfläche 34. Die Übergangsstelle 35 kann also so angeordnet werden, daß die Anfangskompressionswelle die Gefäßöffnung 16 in Richtung des Stromes passiert. Die Anfangsdruckwelle ist in F i g.1 durch die gebrochene Linie 37 angedeutet, die von der übergangssteile 35 ausgeht und sich schräg von ihr aus in Richtung des Stromes erstreckt.
Im Bereich der konkaven Krümmung der Wandfläche 34 - in Gasflußrichtung gesehen - nach der Übergangsstelle 35 werden weitere aufeinanderfolgende Kompressionswellen gebildet. Diese Kompressionswellen definieren Bereiche zunehmend höheren Drucks, wodurch der Druckgradient über dem Dichtungsgasstrom, der in die Strahlkammer 18 eintritt, noch weiterhin erhöht wird.
Wegen der konvexen Krümmung der Innenoberfläche 32 nach der Kehle 40 treten dort Expansionswellen auf. Die Wirkung dieser Wellen auf den Druck an der gegenüberliegenden Seite des Gaszuführungskanals ist nicht so schädlich wie die Wirkung von Kompressionswellen sein würde, die den Gaszuführungskanal überqueren. Die innere Wandoberfläche 32 ist daher zwischen der Kehle 40 und dem Auslaßende 17 des Kanals 33 vorzugsweise konvex. An der Kante 38 der Innenwandfläche 32 entstehen mehrere Expansionswellen, die Bereiche laufend abnehmenden Drucks definieren. Die Gesamtwirkung aller genannten Expansionswellen ist, den Druckgradienten über dem Dichtungsgas in der Strahlkammer 18 weiter zu erhöhen.
Das Einlaßende 19 des Gasrückführungskanals 43 hat vorzugsweise einen etwas größeren Querschnitt als das Auslaßende 17 des Gaszuführungskanals 33. Vorzugsweise ist das Einlaßende 19 in bezug auf das Auslaßende 17 nach innen stufenförmig abgesetzt, wie dies F i g. 1 zeigt. Auf diese Weise wird von den zusätzlichen Expansionswellen, die von der Kante 38 ausgehen, Gebrauch gemacht, und der Druck des Dichtungsgases nächst der Gefäßöffnung 16 wird noch mehr verringert.
Durch geeignete Wahl einer Druckquelle für das Dichtungsgas kann der Druck im Bereich der zweiten Öffnung 20 etwa gleich dem Druck des das Werkstück umgebenden Gases gemacht werden. Dadurch wird eine Mischung des Umgebungsgases mit dem Dichtungsgas weitgehend unterbunden. Der überschallstrom des Dicbtungsgases sperrt also jeden Fluß des Umgebungsgases in das evakuierte Gefäß, während der Druckgradient über dem Dichtungsgasstrom ein Einlecken des Dichtungsgases in das evakuierte Gefäß hochgradig verringert, so daß die Kapazitäten der Hochvakuumpumpe 26 relativ klein gehalten werden können.
Die Expansionswellen, die von der Wandfläche 32 ausgehen, insbesondere von der Kante 38 der Öffnung 16, erzeugen einen kontinuierlich abnehmenden Druck in Gasflußrichtung (von rechts nach links in F i g. 1). Der Strahl 12 tritt daher in den querfließenden Dichtungsgasstrom zunächst in einem Bereich ein, in dem der Druck nicht wesentlich höher ist als im Bereich der Öffnung 16. Der Druck im Bereich der Öffnung 16 ist, wie oben angeführt, relativ niedrig. Aus den genannten Gründen und weil bekanntlich ein mit überschallgeschwindigkeit fließendes Medium schwierig scharfen Expansionsflächen oder Ecken folgen kann, etwa der Ecke, die durch die Kante 38 der Öffnung 16 gebildet wird, entsteht nur ein sehr geringer Fluß nach oben in den Bereich der Öffnung 16. Dieses Phänomen ist bekannt. Der Druck nimmt längs der Strahlachse 12 von der Kante 38 nach unten bis zu dem Bereich um die Öffnung 20 im Mittel progressiv zu. Ein relativ hoher Druck im Bereich der Öffnung 20 resultiert aus dieser kontinuierlichen Zunahme des Druckes in dem querfließenden Dichtungsgasstrom auf Grund der Stoßwellen, die von der übergangssteile 35 an der Wand 34 ausgehen und sich von dort aus von links nach rechts über die Öffnung 20 längs der Wandung 44 bewegen. Der relativ hohe Druck im Bereich um die Öffnung 20 verhindert, daß Gas nach oben durch die Öffnung 20 in das Gehäuse fließt.
Der beschriebene Druckgradient längs der Strahlachse von der Kante 38 zu der Öffnung 20, der von den Expansions- und Kompressionswellen in dem überschallfluß verursacht ist, erzeugt in der beschriebenen Weise einen relativ hohen Druck im Bereich der Öffnung 20. Auf Grund dieses hohen Druckes wird ein Teil des Gases, das durch den Gaszuführungskanal und den Gasrückführungskanal gepumpt wird, nach unten durch die Öffnung 20 gedrängt. Die Gasmenge, die aus der Öffnung 20 austritt, ist durch den Druck in dem Dichtungsgasstrom bestimmt. Dieser Druck ist seinerseits abhängig von dem Druck, den die Druckgasquelle 28 liefert. Der Gasverlust durch die Öffnung 20 ist nicht schädlich; er hat vielmehr die äußerst günstige Wirkung, daß er die öffnung 20 reinigt. Bisher hatte man Schwierigkeiten, einen Bearbeitungsstrahl aus einer evakuierten Kammer herauszubringen. Häufig wurde das Austrittsloch des Strahles von dem Material, das von dem zu bearbeitenden Werkstück mittels des Strahles entfernt wurde, verstopft. Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 reißt jedoch das durch die Öffnung 20 abfließende Gas Schmutz und Niederschläge mit, die von dem Strahlauftreffpunkt auf dem Werkstück 50 herrühren. Das durch die Öffnung 20 abfließende Gas verhütet auch chemische Reaktionen an der Werkstückoberfläche, wenn dieses Gas ein inertes Gas ist. Ein solches inertes Gas wird beispielsweise beim Schweißen von Wolfram verwendet.
Der Gasrückführungskanal 43 enthält vorzugsweise einen überschalldiffusor, mit dem sich die Geschwindigkeit des Dichtungsgases vermindern läßt und sich damit Druckverluste des Gases bei der Rückführung zur Druckquelle 28 durch die Rohrleitung 46 vermindern lassen. Dies ermöglicht vrieder um, die Pumpe 28 relativ schwach auszulegen oder schwach zu belasten, so daß vergleichsweise kleine Pumpen oder andere Druckmittelquellen verwendet werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F ig. 1 wird der Diffusor durch die einander gegenüberstehenden Wandflächen 42 und 44 des Gehäuses 30 gebildet. Vorzugsweise weist der Diffusor einen konvergenten Abschnitt und einen divergenten Abschnitt auf, zwischen denen sich eine Kehle 45 befindet. Die Einlaßöffnung 19 des Gasrückführungskanals 43 bildet den Einlaß des konvergenten Abschnittes. Eine Innenkante 39 des Einlasses 19 ist, wie schon oben erläutert, stufenförmig nach innen abgesetzt. Durch eine Reihe von schräg verlaufenden Kompressionswellen wird in dem konvergenten Abschnitt die Geschwindigkeit des Dichtungsgases vermindert.
Obwohl die Ausführungsform nach F i g. 1 ein System mit geschlossenem Dichtungsgaskreislauf ist, so kann doch auch, wie aus den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 2 bis 4,-, die im folgenden beschrieben werden, ersichtlich, das Dichtungsgas bei dem Querflußsystem nach F i g. 1 in die Atmosphäre entlang der Strahlachse angestoßen werden. In manchen Fällen kann es also zweckmäßig sein, den Überschalldiffusor fortzulassen und das Dichtungsgas in die Atmosphäre an iaendeiner Stelle jenseits der Hinterkante der Öffnung 20 auszustoßen. Dies ist beispielsweise gelegentlich zweckmäßig, wenn ein billiges Dichtungsgas verwendet wird.
Vorrichtung nach F i g. 2; Dichtungsgasstrom quer zum Strahl; offenes Leitungssystem für das Dichtungsgas Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist ein Strahlgenerator 110 vorgesehen, der einen Strahl geladener Partikeln od. dgl. in Richtung der Achse 112 aussendet. Derjenige Teil des Strahlgenerators, aus dem der Strahl austritt, befindet sich in einem evakuierten Gefäß 122. Dieses Gefäß ist über ein Rohr 124 an einer Hochvakuumpumpe 126 angeschlossen, die einen Druck in der Größenordnung von 10-5 Torr in dem Gefäß 122 aufrechterhalten kann. Der Strahl wird mit einer Fokussierungsvorrichtung 114 gebündelt und durchsetzt zunächst eine kleine Öffnung 116 des Gefäßes, dann eine Strahlkammer 118 und dann eine zweite Öffnung 120, worauf er auf ein Werkstück 150 auftrifft. Die Strahlkammer 118 befindet sich in einem Gehäuse 130, das an der Außenseite des Gefäßes 122 nächst der Gefäßöffnung 116 angebracht ist. Die Strahlkammer 118 kommuniziert an ihrem inneren Ende mit der Gefäßöffnung 116, und mit der zweiten Öffnung 120 an ihrem unteren Ende.
Das Gehäuse 130 kann auf der Außenseite des Gefäßes 122, wie dies dargestellt ist, angebracht werden, liegt dann also zwischen der Gefäßöffnung 116 und dem Werkstück 150. In bezug auf die Gefäßöffnung 116 entstehen so, an die Öffnung angrenzend und von ihr abgewandt, einander gegenüberstehende Wandflächen 132 und 134; die wenigstens zum Teil einen Kanal 133 begrenzen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 hat der Kanal 133 einen ringförmigen Querschnitt. Er kann jedoch auch anders geformt sein, wenn sich nur sein Auslaß wenigstens um einen Teil der Strahlkammer 118 herum erstreckt.
Ein Ende des ringförmigen Kanals 133 ist mittels eines ringförmigen Anschlußstutzens 113 und eines Rohres 115 mit einer Druckquelle 128 für das Abdichtungsgas verbunden. Das andere Ende des Kanals 133 bildet einen ringförmigen Auslaß 117, der mit der zylindrischen Strahlkammer 118 verbunden ist und um sie herum mit ihr kommuniziert.
Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß der Kanal 133 mittels eines im wesentlichen konkaven Abschnitts der äußeren Wandfläche 134 einen Strom des Dichtungsgases im wesentlichen zur Öffnung 116 des Gefäßes hin lenkt. Durch die Umlenkung des Stromes entsteht ein Druckgradient, wie er bei F i g. 1 erläutert wurde. Der niedrige Druck liegt in dem nächst der Gefäßöffnung 116 befindlichen Bereich des austretenden Stromes.
Um den Druck des Dichtungsgases im Bereich der Gefäßöffnung 116 noch stärker zu vermindern, ist vorzugsweise eine Überschalldüse zur Erhöhung der Gasgeschwindigkeit vorgesehen. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, bilden die ringförmigen Wandflächen 132 und 134 zusammen konvergente und divergente Abschnitte in Richtung des Gasflusses, zwischen denen eine ringförmige Kehle 140 liegt. Wird eine solche Düse verwendet, kann mit der Druckquelle für das Dichtungsgas 128 bei mäßig hohem Druck ein überschallfluß wenigstens in dem divergenten Abschnitt des Kanals und in der Strahlkammer erzeugt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird der austretende Strom des Dichtungsgases im wesentlichen schräg im Bezug zur Strahlachse so gerichtet, daß er eine Geschwindigkeitskomponente hat, die im wesentlichen quer zum Strahl liegt, und eine Geschwindigkeitskomponente, die nach außen durch die zweite Öffnung 120 weist. Anders als bei der Ausführungsform nach F i g. 1, bei der das Dichtungsgas auf der gegenüberliegenden Seite der Strahlkammer wieder eingefangen wird, ist bei der Ausführungsform nach F i g. 2 eine kontinuierlich Dichtungsgas liefernde Quelle vorgesehen. Das Dichtungsgas wird schließlich aus der Strahlkammer 118 durch die zweite Öffnung 120 in das Umgebungsgas des Werkstückes ausgestoßen. Der Druckanstieg auf Grund der Drosselung des Flusses des Dichtungsgases, der durch das Umgebungsgas bewirkt wird, wird verwertet, um ein Einlecken des Umgebungsgases in das evakuierte Gefäß zu verhüten.
Der gekrümmte Überschallstrom des Dichtungsgases gestattet, sehr niedrige Drücke in dem Fluß nächst der Gefäßöffnung 116 zu erreichen. In einem solchen Überschallstrom treten jedoch notwendigerweise Kompressions- und Expansionswellen auf. Wie vordem erörtert, pflanzen sich diese Wellen oder Druckstörungen über den Strom hin fort, und einige der günstigen Wirkungen des mit hoher Geschwindigkeit und niedrigem Druck fließenden überschallstromes würden verlorengehen, wenn irgendwelche Kompressionswellen den Strom oberhalb der Gefäßöffnung 116 durchqueren würden. Daher werden auch bei dieser Ausführungsform- wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 die Kompressionswellen vorzugsweise nur - in Flußrichtung gesehen - hinter einer Übergangsstelle 135 an der Wandfläche 134 gebildet. Die Kompressionswellen, die von der im wesentlichen konkaven Wandfläche 134 ihren Ausgang nehmen, werden mittels eines im wesentlichen geradlinigen Teiles der Wandfläche zwischen der Kehle 140 und der Übergangsstelle 135 verzögert. In Flußrichtung gesehen, hinter der Übergangsstelle ist die Wandfläche 134 derart gebogen, daß die Bildung von Kompressionswellen durch sie erleichtert wird. Bei bekannter Nenn-Machzahl verläßt die erste Kompressionswelle die Oberfläche 134 unter einem bekannten Winkel. Die Übergangsstelle 135 liegt derart, daß die erste Kompressionswelle unterhalb der Gefäßöffnung 116 verläuft. Diese Welle ist in F i g. 2 durch die gebrochene Linie 137 angedeutet, die von der Übergangsstelle 135 ihren Ausgang nimmt.
Aufeinanderfolgende Kompressionswellen, die von dem gekrümmten Teil der Wandfläche 134 ausgehen, begrenzen Bereiche zunehmenden Druckes. Dadurch wird der Druckgradient über dem Dichtungsgas, das in die Strahlkammer 118 austritt, noch weiter vergrößert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenfläche 132 in dem divergenten Abschnitt des Kanals 133 zwischen der Kehle 140 und dem Auslaß 117 konvex gekrümmt, so daß an ihr Expansionswellen gebildet werden. Von der Kante 138 dieser Wandfläche 132 gehen mehrere Expansionswellen aus, von denen jede einen Bereich abnehmenden Druckes begrenzt. Die Gesamtwirkung aller Expansionswellen ist, den Druckgradienten über dem Dichtungsgas, das in die Strahlkommer 118 abfließt, noch weiter zu erhöhen.
Vorrichtung nach F i g. 3; Dichtungsgasstrom um den Strahl herum; offenes Leitungssystem für den Dichtungsgasstrom Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 emittiert ein Strahlgenerator 210 einen Strahl geladener Partikeln od. dgl. längs einer Achse 212. Der Teil des Strahlgenerators, aus dem der Strahl austritt, befindet sich in einem evakuierten Gefäß 222. Dieses Gefäß ist mittels eines Rohres 224 mit einer Hochvakuumpumpe 226 verbunden, die einen Druck in der Größenordnung von 10-5 Torr in dem Gefäß aufrechterhalten kann. Der Strahl wird mit einer Fokussierungsvorrichtung 214 gebündelt, durchsetzt eine kleine Öffnung 216 in dem Gefäß und trifft auf ein Werkstück 250, das dicht unterhalb der Gefäßöffnung 216 auf einem Tisch 251 od. dgl. liegt.
An dem Gefäß 222 ist, einem Teil des Gefäßes 222 bildend und die Gefäßöffnung 216 begrenzend, ein innerer ringförmiger Gehäuseteil 218 angebracht. In diesem Gehäuseteil befindet sich eine zylindrische Bohrung, die die genannte Öffnung 216 bildet. Ferner bildet die Außenfläche des inneren Gehäuseteils 218 die innere Wandfläche 232 eines Gaszuführungskanals 233. Die Innenwand eines äußeren Gehäuseteils 220 bildet eine äußere Wandfläche 234 des Kanals 233.
Ein Ende des ringförmigen Kanals 233 ist mit einer Druckquelle 228 für das Dichtungsgas über ein Rohr 215 verbunden. Das andere Ende des Kanals bildet einen Auslaß 217, der durch eine Kante 236 der äußeren Wandfläche 234 und eine Kante 238 der inneren Wandfläche 232 begrenzt ist. Durch diesen Auslaß 217 tritt das Dichtungsgas rund um den Strahl herum radial nach außen nächst dem Werkstück 250 aus. Anders als bei den Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2, bei denen das Gas in den Weg des Strahles gerichtet wird, arbeitet die Vorrichtung nach F i g. 3 einem Ejektor ähnlich, da nämlich das ausströmende Gas einen Bereich niedrigen Druckes um den Umfang der Öffnung 216 herum und in dem Raum zwischen der Öffnung und dem Werkstück erzeugt, ohne den Strahl selbst zu kreuzen. Bei dieser Ausführungsform ist, wie auch bei der nach F i g. 2, eine Druckquelle erforderlich, die kontinuierlich arbeitet. Es ist also nicht Vorkehrung getroffen, das Gas wieder zu verwerten, nachdem es einmal ausgeströmt ist.
Der Gaszuführungskanal 233 weist eine äußere Wandfläche 234 auf, die in einem Bereich nahe dem Auslaß 217 vorzugsweise konkav verläuft, um den Strom des Dichtungsgases im wesentlichen auf die Gefäßöffnung 216 hin umzulenken und dabei einen Druckgradienten über dem austretenden Gasstrom im Bereich des Auslasses 217 zu erzeugen. Bei der Umlenkung des Stromes zur Gefäßöffnung entsteht der niedrige Druck in demjenigen Teil des Stromes, der der Gefäßöffnung 216 am nächsten kommt. Der Raum zwischen der Gefäßöffnung und dem Werkstück 250 stellt eine Kommunikation zwischen dem Strom und der Öffnung her.
Um den Druck des Dichtungsgases in dem Flußbereich noch weiter zu verringern, der in Kommunikation mit der Gefäßöffnung steht, ist vorzugsweise eine Düse zur Erhöhung der Gasgeschwindigkeit vorgesehen. Besonders bevorzugt ist eine überschalldüse, deren Wandflächen 232 und 234 konvergente und divergente Abschnitte begrenzen, zwischen denen eine Kehle 240 liegt. Der Druck des aus der Druckquelle austretenden Dichtungsgases ist hoch genug, um einen überschallfluß hinter der Kehle 240 in dem divergenten Abschnitt und außerhalb des Auslasses 217 im Raum zwischen dem Werkstück 250 und dem unteren Ende des äußeren Ringstückes 220 zu erzeugen. Das Werkstück 250 und das äußere Ringstück 220 begrenzen eine Fortsetzung des Gaszuführungskanals 233. Dieser Raum oder diese Fortsetzung des Kanals ist der Strahlkammer 218 bei der Ausführungsform nach F i g. 2 vergleichbar. Der Strom des ausströmenden Gases wird im wesentlichen schräg in den Raum hineingeschickt und dann beim Verlassen des Raumes nach außen in das Umgebungsgas abgeleitet. Die Vorrichtung ist ähnlich der oben beschriebenen insoweit, als ein Druckanstieg durch Drosselung des Flusses des Dichtungsgases durch das das Werkstück umgebende Gas erreicht wird. Anders als bei der oben beschriebenen Vorrichtung ist bei der Vorrichtung nach F i g. 3 jedoch nicht erforderlich, daß der Gasstrom den Strahl kreuzt. Dadurch wird jede Strahldämpfung oder Strahlschwächung durch den Dichtungsgasstrom vermieden.
Der gekrümmt verlaufende Überschallstrom des Dichtungsgases gestattet, sehr niedrige Drücke in dem Bereich des Gasflusses zu erzielen, der in Kommunikation mit der Gefäßöffnung steht. In einem solchen mit Überschallgeschwindigkeit fließenden Strom entstehen jedoch notwendigerweise Kompressions- und Expansionswellen. Diese Wellen oder Druckstörungen pflanzen sich über den Strom hinweg fort, und einige der günstigen Wirkungen des mit hoher Geschwindigkeit fließenden Niederdruck-Überschallflusses würden verlorengehen, wenn irgendwelche Kompressionswellen den Strom oberhalb desjenigen Bereiches des Flusses überqueren würden, der in Kommunikation mit der Gefäßöffnung 216 steht. Daher werden auch bei der Ausführungsform nach F i g. 3, wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, die Kompressionswellen vorzugsweise nur - in Flußrichtung gesehen - hinter einer Übergangsstelle 235 an der äußeren Wandfläche 234 gebildet. Die Kompressionswellen, die auf der im wesentlichen konkaven Wandfläche 234 gebildet werden, werden mittels eines Teiles der Wandfläche verzögert, die im wesentlichen geradlinig verläuft und sich zwischen der Kehle 240 und der Übergangsstelle 235 erstreckt. Hinter dieser Übergangsstelle ist die äußere Wandfläche 234 derart gebogen, daß die Bildung von Kompressionswellen auf ihr erleichtert wird. Bei bekannter Nenn-Machzahl verläßt die erste Kompressionswelle die Wandfläche 234 unter einem bekannten Winkel. Die übergangsstelle liegt derart, daß diese Welle unterhalb des Bereiches des Dichtungsgasstromes, der in Kommunikation mit der Gefäßöffnung 216 steht, vorbeiströmt. Die gebrochene Linie 237, die von der Übergangsstelle 235 ausgeht und sich über den Strom zu dem Werkstück 250 hin erstreckt, repräsentiert eine solche erste Stoßwelle.
Aufeinanderfolgende Druckwellen, die von dem gekrümmten Teil der Wandfläche 234 ausgehen, begrenzen Bereiche zunehmenden Druckes, wie sie schon erörtert wurden, wodurch der Druckgradient über dem Dichtungsgas, das in den Raum zwischen dem Werkstück 250 und dem Ringstück 220 austritt, erhöht wird.
Bevorzugt hat die innere Wandfläche 232 in dem divergenten Abschnitt des Kanals 233 eine konvexe Krümmung, so daß Expansionswellen auf ihr gebildet werden. Von der Kante 238 dieser Fläche gehen mehrere Expansionswellen aus, von denen jede einen Bereich abnehmenden Druckes begrenzt. Die Gesamtwirkung dieser Wellenverteilung ist, daß der Druckgradient über dem Dichtungsgas, das in dem Raum zwischen dem Werkstück und dem ringförmigen Gehäuseteil 220 fließt, erhöht wird. Vorrichtung nach F i g. 4; Gasdichtung und mechanische Dichtung rund um den Strahl In F i g. 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, die in vielen Einzelheiten der Vorrichtung nach F i g. 3 ähnlich ist. Rund um den Strahl 212 wird eine Gasdichtung erzeugt. Zusätzlich zu der Gasdichtung ist jedoch eine mechanische Dichtung 252 vorgesehen, die rund um den Strahl und zwischen der Gasdichtung und dem Strahl liegt.
Die mechanische Dichtung 252 besteht vorzugsweise aus elastischem Material. Sie ist ringförmig und weist ein Mittelloch 254 auf, das etwas größer ist als die Gefäßöffnung 216. Der Außenumfang 256 der Dichtung hat etwa den gleichen Durchmesser wie die kreisförmige Kante 238 der inneren Wandfläche 232. Die Dichtung 252 ist fest am unteren Ende des inneren Ringstückes 218 nächst dem Mittelloch angebracht. Der Außenumfang 256 der Dichtung ruht auf der Oberfläche des Werkstückes 250 und kann sich auf Grund seiner Nachgiebigkeit Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche des Werkstücks anpassen. Die Dichtung wird, wenigstens teilweise, auf Grund der Druckdifferenz über ihr in Kontakt mit dem Werkstück gehalten. Der statische Druck des Dichtungsgasstromes im Bereich der mechanischen Dichtung ist nämlich größer als der sehr niedrige Druck in dem evakuierten Gefäß 222.
Diejenigen Teile der Vorrichtung nach F i g. 4, die den Teilen der Vorrichtung der F i g. 3 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher nicht näher beschrieben. Von den einander entsprechenden Teilen der Ausführungsform der F i g. 3 und 4 sind allein die inneren und äußeren Ringstücke 218 und 220 gegenüber den entsprechenden Teilen in F i g. 3 wesentlich verschieden. Das innere Ringstück 218 ist nicht direkt an dem Gefäß 222 angebracht, das äußere Ringstück 220 liegt verschiebbar am Gefäß 222.
Mit einer flexiblen mechanischen Dichtung, wie der Dichtung 252, kann eine optimale Dichtungswirkung nur innerhalb eines schmalen Bereiches von Winkellagen der Dichtung in Bezug zur Oberfläche des Werkstückes erreicht werden. Daher wird der Abstand zwischen der Oberfläche des Werkstückes und dem unteren Ende des Ringstückes 218 kritisch. Nicht nur muß das Werkstück 250 nahe an den Gehäuseteilen 218 und 220 liegen, sondern es muß auch einen hinreichend großen Abstand von diesen Gehäuseteilen haben, damit die Wirksamkeit der Dichtung nicht beeinträchtigt wird.
Dementsprechend ist ein Spannorgan vorgesehen, das den inneren Gehäuseteil 218 und den äußeren Gehäuseteil 220 in relativ fixierter Beziehung zueinander und zu dem Werkstück 250 hält. Als Vorspannorgan ist in diesem Fall eine Feder 258 vorgesehen, die zwischen der Außenwand des Gefäßes 222 und einer oberen Fläche 221 des äußeren Gehäuseteils 220 eingefügt ist. Der äußere Gehäuseteil 220 ist in diesem Fall fest an dem inneren Gehäuseteil 218 angebracht. Die Verwendung der Feder 258 macht die Einstellung des Werkstückes 250 in bezug auf den Strahlgenerator 200 weniger kritisch. Die Bedienungsperson bringt das Werkstück allein nahe an die Vorrichtung heran; die Feder 258 bringt dann den inneren Gehäuseteil 218 und den äußeren Gehäuseteil 220 in die zur wirksamen Abdichtung der Öffnung 216 gegenüber dem Abdichtungsgas und dem Umgebungsgas optimale Lage.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist noch eine zweite mechanische Dichtung 260 wegen der bewegbaren Verbindung zwischen dem Gefäß 222 und dem äußeren Ringteil 220 erforderlich. Der innere Ringteil 218 begrenzt zusammen mit dem Gefäß 222 die Strahlöffnung 216. In dieser Öffnung herrscht ein sehr niedriger Druck, und daher ist überall dort eine Dichtung erforderlich, wo das Einlecken von Gas auftreten kann. Die Schiebeverbindung zwischen dem Gefäß 222 und dem Ringteil 220 ist daher mit einer Harmonikadichtung 260 umkleidet, wie sie F i g. 4 zeigt.
Die relative Bewegung zwischen der Vorrichtung 200, an der die Druckquelle 228 angebracht ist, und den ringförmigen Gehäuseteilen 218 und 220 erfordert einen flexiblen Schlauch 262 od. dgl. zur Verbindung der Quelle 228 für das Abdichtungsgas mit der Rohrleitung 215 und dem Gaszuführungskanal 233.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Bearbeitung von Materialien mittels eines Strahles geladener Partikeln, die in einem Bereich relativ niedrigen Druckes erzeugt und gegen das zu bearbeitende Material gerichtet werden, das in einem Bereich anderen Druckes, im allgemeinen relativ hohen Druckes, liegt, bei dem zwischen den beiden Bereichen unterschiedlichen Druckes durch einen Fluß von unter Druck stehendem Abdichtungsgas ein Druckgefälle erzeugt wird, das kontinuierlich in Richtung von dem Bereich niedrigen Druckes zu dem Bereich höheren Druckes ansteigt, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß das Druckgefälle durch eine raumfeste, die beiden Bereiche voneinander trennende Stoßwelle in einem mit überschallgeschwindigkeit fließenden Abdichtungsgas erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im wesentlichen quer zum Strahl gerichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im wesentlichen schräg zum Strahl gerichtet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß - in an sich bekannter Weise - das Gas mit ringförmigem Querschnitt auf den Strahl gerichtet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit ringförmigem Querschnitt rund um den Strahl und im wesentlichen radial nach außen bezüglich des Strahles in Richtung auf das zu bearbeitende Material gerichtet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer den Bereich niedrigen Druckes definierenden Vakuumkammer, mit einer den Bereich relativ hohen Druckes definierenden Bearbeitungskammer, mit einer Öffnung mit einem Durchtrittskanal zwischen der Vakuumkammer und der Bearbeitungskammer, durch die der Elektronenstrahl tritt, und rnit einem zu der Öffnung führenden Gaszuführungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (33, 133) unter einem spitzen Winkel gegen die Elektronenstrahlrichtung auf die öffnung (16, 116) zugeführt und vor der Öffnung (16, 116) zu dem Elektronenstrahl (12, 112) hin gekrümmt ist (F i g. 1 und 2).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (33, 133) vor der Krümmung eine eingeengte Kehle (40, 140) aufweist. B.
Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal - in Gasflußrichtung gesehen - nach der Kehle (40, 140) in der Krümmung einen erweiterten Abschnitt aufweist und daß die in der Krümmung außenliegende Wand (34, 134) dieses Gaszuführungskanalabschnittes einen konkav geformten Bereich (35, 135) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der konkav geformte Bereich (35, 135) so geformt ist; daß er schräg zur Längsrichtung des Gaszuführungskanals (33, 133) liegende Druckwellen erzeugt (37, 137), die an der Öffnung (16, 116) der Vakuumkammer (22, 122) vorbei verlaufen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Krümmung außenliegende Wand (34, 134) des Gaszuführungskanals (33, 133) einen geraden Bereich aufweist, der - in Gasflußrichtung gesehen - hinter dem konkav geformten Bereich (35, 135) liegt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Krümmung innenliegende Wand (32, 132) des Gaszuführungskanals (33, 133) einen konvexen Bereich in dem sich erweiternden Abschnitt aufweist, der schräg zur Längsrichtung des Gaszuführungskanals liegende Druckwellen erzeugt, die an der öffnung (16, 116) der Vakuumkammer (22, 122) vorbeilaufen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Krümmung innenliegende Wand (32, 132) des Gaszuführungskanals (33, 133) eine Kante (38, 138) aufweist, die aus dem Gaszuführungskanal austretendes Gas expandiert und einen Gasfluß mit überschallgeschwindigkeit nächst der Öffnung (16, 116) der Vakuumkammer (22, 122) erzeugt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gaszuführungskanal (33) im wesentlichen quer zu dem aus der Öffnung (16) der Vakuumkammer (22) austretenden Strahl (12) erstreckt (F i g.1).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Gasrückführungskanal (43), dessen Einlaßende (19) mit dem Auslaßende (17) des Gaszuführungskanals (33) kommuniziert.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende (17) des Gaszuführungskanals (33) und das Einlaßende (19) des Gasrückführungskanals (43) einander gegenüberstehen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der GasrücMührungskanal (43) einander gegenüberstehende Wandflächen (42, 44) hat, die einen sich verengenden und einen sich erweiternden Abschnitt begrenzen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gaszuführungskanal (133) im wesentlichen schräg in bezug auf den aus der Öffnung (116) der Vakuumkammer (122) austretenden Strahl (112) erstreckt und daß das Dichtungsgas durch eine von dem Strahl (12) durchsetzte, zu der Bearbeitungskammer führende Öffnung (120) abfließt (F i g. 2).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (133) einen ringförmigen Querschnitt hat und daß sein Auslaßende (117) die Öffnung (116) umschließt und mit ihr kommuniziert.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer den Bereich niedrigen Druckes definierenden Vakuumkammer, mit einer den Bereich relativ hohen Druckes definierenden Bearbeitungskammer, mit einer Öffnung mit einem Durchtrittskanal zwischen der Vakuumkammer und der Bearbeitungskammer, durch die der Elektronenstrahl tritt, und mit einem zu der öffnung führenden Gaszuführungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (233) mit seinem Auslaßende (217) die Öffnung (216) der Vakuumkammer (222) nächst dem Werkstück (250) rings umschließt, in bezug zum Strahl (212) im wesentlichen radial nach außen weist und gegen das Werkstück (250) hin gekrümmt ist (F i g. 3 und 4).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszuführungskanal (233) einen ringförmigen Querschnitt hat und einen sich verengenden und sich erweiternden Abschnitt aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Öffnung (216) der Vakuumkammer (222) gegenüber dem Dichtungsgas isolierende mechanische Dichtung (252) am Ende der Vakuumkammer zwischen der Öffnung der Vakuumkammer und dem Auslaßende (217) des Gaszuführungskanals (233) vorgesehen ist (F i g. 4).
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtung ein flexibles ringförmiges Organ (252) zwischen der Vakuumkammer (222) und dem Werkstück (250) angeordnet ist, das relativ zu dem Werkstück (250) bewegbar ist, und daß ein Vorspannorgan (258) die Öffnung (216) der Vakuumkammer (222) in Richtung zum Werkstück drängt, um die Dichtung zwischen der Vakuumkammer und dem Werkstück einzuklemmen.