第六章电子束和离子束加工.ppt
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1、第六章 电子束和离子束加工,一. 电子束加工原理和特点 (一)加工原理 电子束加工是利用高速电子的冲击动能来加工工件的,如图6-1所示。在真空条件下,将具有很高速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上,电子的动能绝大部分转变为热能,使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。,6.1 电子束加工,控制电子束能量密度的大小和能量注入时间,就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理;使材料局部熔化就可以进行电子束焊接;提高电子束能量密度,使材料熔化和汽化,就可进行打孔、切割等加工;利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理,即可进行电子束光刻加工。,(二)电子束加工特点
2、(1) 可进行微细加工。 (2) 非接触式加工。 (3) 电子束的能量密度高,加工效率高。 (4) 整个加工过程便于实现自动化。 (5)加工在真空中进行,污染少,加工表面不易被氧化。 (6)电子束加工需要整套的专用设备和真空系统,价格较贵。,二. 电子束加工装置,电子束加工装置的基本结构如图所示,它主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。,(一)电子枪 电子枪是获得电子束的装置。阴极经电流加热发射电子,带负电荷的电子高速飞向带高电位的阳极,在飞向阳极的过程中,经过加速电极加速,又通过电磁透镜把电子束聚焦成很小的束斑。,(二)真空系统 只有在高真空中,电子才能高速运动,此外,加工时的金
3、属蒸汽会影响电子发射,产生不稳定现象。因此,需要不B9f地把加工中生产的金属蒸汽抽出去。 抽真空时,先用机械旋转泵把真空室抽至1.4一0.14Pa,然后由油扩散泵或祸轮分子泵抽至0.0140.00014Pa的高真空度。 (三)控制系统和电源 电子束加工装置的控制系统包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。 工作台位移控制是为了在加工过程中控制工作台的位置。,三.电子束加工的应用 (一)高速打孔 电子束打孔已在生产中实际应用,目前最小直径可达0.003mm左右。例如喷气发动机套上的冷却孔,机翼上的孔,不仅孔的密度可以连续变化,孔数达数百万个,而且有时还可改变孔径。高速打
4、孔可在工件运动中进行,例如在0.1mm厚的不锈钢上加工直径为0.2mm的孔,速度为每秒3000孔。 在人造革、塑料上用电子束订大量微孔,可使其具有如真皮革那样的透气性。现在生产上已出现了专用塑料打孔机,将电子枪发射的片状电子束分成数百条小电子束同时打孔,其速度可达每秒50 000孔,孔径12040微米可调。,(二)加工型孔及特殊表面 图电子束加工的喷丝头异型孔截面的一些实例。出丝口的窄缝宽度为0.03-0.07mm,长度为0.80 mm,喷丝板厚度0.6mm。为了使人造纤维具有光泽、松软有弹性、透气性好,喷丝头的异型孔那是特殊形状的。,(三)刻蚀 在微电子器件生产中,为了制造多层固体组件,可利
5、用电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔来,如在硅片上刻出宽2.5微米、深0.25微米的细槽,在混合电路电阻的金属镀层上刻出40 微米宽的线条。,(四)焊接 电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。由于电子束的能量密度高,焊接速度快,所以电子束焊接的焊缝深而窄,热影响区小,变形小。电子束焊接一般不用焊条,焊接过程在真空中进行,因此焊缝化学成分纯净,焊接接头的强度往往高于母材。 电子束焊接可以焊接难熔金属如钽、铌、钼等,也可焊接钛、锆、铀等化学性能活泼的金属。它可焊接很薄工件,也可焊接几百毫米厚的工件。 电子束焊接还能完成一般焊接方法难以实现的异种金属焊接。如铜和不锈钢的焊接,钢和硬
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