激光、电子束、离子束三束区别要点.pdf
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1、电子束 、离子束 、激光束 是表面工程 领域内的三大载体,号称三束改性。都具有高能量密度 特性。 顾名思义 电子束加工 是以激发电子作为载体,离子束 则以离子。 离子束加工 是一种元素 注入过程,具有 辐照损伤 、喷丸 作用、表面压缩、形成表面非晶态 ,形成弥散化合物质点 等 效应,而 电子束 与 激光束 的主要作用在高能量,没有辐照 、表面压缩等特性。 电子束、离子束、激光束是表面工程领域内的三大载体,号称三束改性。都具有高能量密度 特性。 顾名思义电子束加工是以激发电子作为载体,离子束则以离子。离子束加工是一种元素 注入过程,具有辐照损伤、喷丸作用、表面压缩、形成表面非晶态,形成弥散化合物
2、质点等 效应,而电子束与激光束的主要作用在高能量,没有辐照、表面压缩等特性 电子束 聚焦点最细最深,激光束 次之,离子束最粗。 电子束 聚焦直径(打孔)最小可以小于1um。 电子束由电子组成,而离子束一般由金属粒子组成,本质的原理是一样的。都有溅射作用, 对样品损伤也没一定的规律。但对于石英材料来讲,损伤很明显。 电子束不会造成成分污染, 但离子束会,相当于离子注入。 3. 加 工 特点: 电子束: (1).束径小、能量密度高; (2).非接触加工,加工过程中工具与加工工件之间不存在明显的机械切削力,不产生宏观 应力和变形; (3).被加工对象范围广; (4).电子束能量高,加工速度快、效率高
3、; (5).电子束加工需要一套专用设备和真空系统,价格昂贵。离子束: (1).加工精度和表面质量高;(2).加工材料广泛;(3).加工方法丰富; (4).性能好,易于实现自动化; (5).应用范围广泛,可根据加工要求选择。激光束: (1).加工精度高;(2).加工材料范围广;(3) .加工性能好; (4).加工速度快、效率高;( 5).价格昂贵 加工方法:电子束 ; (1).电子束扫描曝光;(2).电子束投影曝光;(3).电子束表面改性。离子束: (1).离子束溅射去除加工;( 2).离子束溅射镀膜加工;( 3).离子束注入加工; (4).离子束曝光加工。 激光束: (1).加工精度高;(2)
4、.加工材料范围广;(3) .加工性能好; (4).加工速度快、效率高;( 5).价格昂贵。 材料表面改性目的和意义 材料表面改性是指不改变材料整体(基体)特性,仅改变材料近表面层的物理、化学特性的 表面处理手段,材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的:是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性,以最 经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构,赋予新的复合性能, 以新型的功能,实现新的工程应用。 因此,现代材料表面改性一是可以使材料表面获得更好的表面特性,有效地延长零件使用寿 命;二是可以用性能较差的合金钢代替优质合金钢,以节省优质合金钢材料
5、;三是可以研制 出新颖材料。 这种多功能综合化,用于提高材料表面性能的各种现代表面改性技术统称为现 代表面改性技术。现代表面改性技术适用于金属及其合金、陶瓷、玻璃、 聚合物及半导体材 料等多种现代材料。现代材料表面改性技术的发展 现代材料表面改性技术是一门由多种学科发展而来的技术组合,其发展经历了很长,很复杂 的过程。传统的表面改性技术,如表面热处理、表面渗碳等已有上百年的历史了。上世纪 50 年代高分子涂装技术有了非常大的发展,由古老的刷涂、空气喷涂发展为静电喷涂、流 化床涂装、电泳涂装及静电涂装。 60 年代以来,传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热。后来,激光器与电子束装置的应 用,出现
6、了激光束、电子束的淬火技术。 电镀是一门古老的表面改性技术,相当长时间, 电镀只能镀覆纯金属模,目前已能镀覆多种 合金,也可以在表面上镀陶瓷和金刚石粉末,以增加表面的抗磨性。70 年代以来,化学镀 有了很大的发展,它已成为一个有效的镀覆手段。 近 30 年来,热喷涂得到了迅速的发展,国内外形成了一种热喷涂技术热,使它在多种工业 部门得到了广泛应用,而且发展出多种类型的热喷涂技术。 激光束、 电子束成功地应用于现代材料表面改性,出现了如激光表面涂敷、激光表面合金化、 激光表面淬火、电子束表面淬火、表面镀膜等等多种现代材料表面改性技术。 激 光 表 面 改 性激 光 束 的 能 量 密 度 非 常
7、 高 , 因 而 当 它 照 射 在 物 体 表 面 时 能 够 产 生 106108K/cm 非常高的温度梯度,使表面迅速熔化。移去热源时, 冷的基体又会使熔化部分 以 1091011K/s 的速度冷却,使表面迅速凝固。由于激光的这种特性,它可用于材料的激光 相变、激光表面合金化与激光熔覆处理,提高材料表面的硬度、抗磨性、抗蚀性。激光束 与金属的相互作用 1.金属对激光的吸收激光束照射金属时,激光束能量会很快转变为金属 晶格的动能,从而使金属表层迅速熔化,激光束部分能量被吸收,部分能量被反射。金属对 激光的吸收因金属而异,金属的表面状态对于反射率极为敏感,表面越光滑反射率越高,表 面杂质和氧
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