先进制造工艺专业课报告.ppt

电子束加工的基本原理电子束加工的基本原理是从真空中热灯丝的阴极发射的电子在高电压(30-200千伏)的作用下被加速到非常高的速度，并通过电磁透镜会聚成高功率密度(106-109瓦/厘米2)的电子束。当它撞击工件时，电子束的动能立即转化为热能，产生极高的温度，足以瞬间熔化和气化任何材料，从而允许焊接、冲压、开槽、切割和其他加工。由于电子束与气体分子碰撞时的能量损失和散射，处理通常在真空中进行。电子束处理的原理图，(2)优点，(1)因为电子束可以非常精细地聚焦，例如，当电流为10mA时，它可以聚焦到10 100微米，当电流为1nA时，它可以聚焦到0.1 m。因此，处理面积可以非常小，并且它可以处理微孔、窄狭缝、半导体集成电路等。这是一种精确而精细的加工方法。2)由于电子束的高能量密度，被照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度。材料的去除主要依靠瞬时蒸发，这可以处理高熔点和难以处理的材料，例如钨、钼、不锈钢、金刚石、蓝宝石、晶体、玻璃、陶瓷和半导体材料。由于电子束加工是非接触加工，工件不受机械力的影响，不容易产生宏观应力和变形，所以加工材料的范围很广，可以加工脆性、韧性、导电性、非导电性和半导体材料。设备的使用非常灵活，同样的设备可以用于电子束焊接、表面改进处理和其他电子束加工。(3)缺点A .由于使用高电压，会产生强烈的X射线，必须采取相应的安全措施。需要在真空设备中处理；c .设备成本高。电子束加工对设备和系统的真空度要求很高，这使得电子束加工成本高，在一定程度上限制了其在生产中的应用。加工工具和电子束加工设备的基本结构如图所示。它主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源组成。1)电子枪。电子枪是一种获得电子束的装置。它包括电子发射阴极、控制栅极、加速阳极等。阴极通过电流加热发射电子。带负电荷的电子高速飞向高电位的阳极。在飞向阳极的过程中，电子束被加速电极加速，并被电磁透镜聚焦成小束斑。真空系统。真空系统被设计成在电子束处理期间保持1.3310-2至1.3310-4Pa的真空度。因为只有在高真空中，电子才能高速运动。此外，加工过程中产生的金属蒸汽会影响电子发射并导致不稳定。因此，还必须连续泵出加工过程中产生的金属蒸汽。真空系统通常由两级组成：机械旋转泵和油扩散泵或涡轮分子泵。首先用机械旋转泵将真空室抽至1.4-0.14帕，然后用油扩散泵或涡轮分子泵抽至0.014-0.00014帕的高真空度。3)控制系统和电源。电子束加工设备的控制系统包括束聚焦控制、束位置控制、束强度控制和工作台位移控制。电子束聚焦控制是为了提高电子束的能量密度，并将电子束聚焦成一个小的束斑，这基本上决定了加工点的孔径或宽度。电子束位置控制是改变电子束的方向。电磁偏转通常用来控制电子束的焦点位置。如果偏转电压或电流根据某个程序改变，电子束焦点根据预定轨迹移动。工作台位移控制的目的是在加工过程中控制工作台的位置。图1是电子束加工设备-工作台系统的结构示意图；2-偏置线圈；3-电磁透镜；4-停止；5-2)电子束焊接。3)电子束涂层。金属膜和介质膜可以蒸发；4)电子束熔化。5)电子束热处理。上述所有种类的电子束处理统称为高能量密度电子束处理。电子束非热处理是基于电子束的非热效应。它利用相对低功率密度的电子束和电子胶(也称为电子抗蚀剂，由聚合物材料组成)之间相互作用产生的辐射化学或物理效应。其应用领域主要是电子束曝光。热处理焊接冲孔切割曝光熔化、冲孔、冲孔加工特点：小孔、高效率、加工斜孔、焊接、热处理、曝光、电子束曝光是在待加工材料表面涂覆一层高分辨率、高灵敏度的化学防腐涂层，然后通过计算机控制电子束成像电子显微镜和偏转系统，聚焦形成高能电子束流， 轰击涂有化学防腐蚀涂层的材料表面，形成防腐蚀图案，最后通过后续工艺如离子注入和金属沉淀将图案转移到材料表面。 熔化，一种真空熔化方法，将高速电子束流的动能转化为热能，作为高真空下金属熔化的热源。简单来说，前面的介绍主要集中在单束电子处理多束技术。近年来，国内外研究和开发了电子束的其他应用。多束电子束加工(MBEM)是指用多于2束电子束加工和加工材料或结构的方法。多个电子束可以由多个电子枪产生，或者由一个由电磁场控制的电子枪产生。电子束在不同位置快速移动，由于移动频率高，产生多束效应。是德国Pro-beam公司使用3束电子束同时焊接齿轮的一个例子。电子束“粗糙化”技术。电子束“粗化”技术是近年来由英国焊接学会(TWI)布鲁克丹斯等发明的一种新型电子束加工技术。它通过电磁场对电子束的复杂扫描控制，在金属材料表面产生特殊的成形效果。形成一定形状和尺寸的“凸起”(毛刺),以产生“粗糙化”表面的效果，同时在熔池的前端形成小的凹坑或类似凹槽的“蚀刻”。电子束快速成型技术是集计算机、数控、电子束和新材料于一体的先进制造技术。在计算机的控制下，电子束根据零件的截面轮廓信息有选择地熔化金属粉末，并逐层堆叠金属粉末，直到整个零件完全熔化。最后，通过去除多余的粉末可以获得所需的三维产品。电子束快速成型技术具有能量利用率高、加工速度快、运行成本低、真空保护高等优点。是高性能复杂粉末冶金零件的理想快速制造技术。优秀的课件！优秀