电子束加工和等离子体加工

1、 电子束加工电子束加工1. 1. 电子束加工电子束加工一、电子束加工的原理和特点一、电子束加工的原理和特点 电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。走。 控制电子束能量密度的大小和

2、能量注入时间，就可以达到不同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。的加工目的。Electron Beam Machining，简称，简称EBM（一）电子束加工的原理（一）电子束加工的原理如：如： （1 1）只使材料局部加热就可以进行电子束热处理；）只使材料局部加热就可以进行电子束热处理； （2 2）使材料局部熔化就可以进行电子束焊接；）使材料局部熔化就可以进行电子束焊接； （3 3）使材料熔化和气化就可以进行打孔、切割的加工；）使材料熔化和气化就可以进行打孔、切割的加工； （4 4）利用低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化）利用低能量密度的电子束轰击高分子

3、材料时产生化学变化的原理，实现电子束光刻加工。的原理，实现电子束光刻加工。一、电子束加工的原理和特点一、电子束加工的原理和特点（二）电子束加工的特点（二）电子束加工的特点1）可微细聚焦；）可微细聚焦；2）非接触加工，工件不产生宏观应力和变形，加工范围广泛；）非接触加工，工件不产生宏观应力和变形，加工范围广泛；3）生产率很高；）生产率很高；4）易实现加工自动化；）易实现加工自动化；5）加工环境为真空条件，工件表面不发生氧化；）加工环境为真空条件，工件表面不发生氧化；6）设备昂贵。）设备昂贵。二、电子束加工装置二、电子束加工装置(一一)电子枪：包括电子发射阴极、电子枪：包括电子发射阴极、控制栅极和

4、加速阳极等，是获得电控制栅极和加速阳极等，是获得电子束的装置。子束的装置。(二二)真空装置：由机械转泵和油扩真空装置：由机械转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两级组成，保证散泵或涡轮分子泵两级组成，保证电子束加工时维持电子束加工时维持1.3310-2 1.33 10-4Pa的真空度。的真空度。(三三)控制系统和电源：包括束流聚控制系统和电源：包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。控制以及工作台位移控制等。 三、电子束加工的应用三、电子束加工的应用（一）高速打孔；（一）高速打孔；（二）加工型孔及特殊表面；（二）加工型孔及特殊表面；（三）刻蚀；（三

5、）刻蚀；（四）焊接；（四）焊接；（五）热处理；（五）热处理；（六）曝光。（六）曝光。三、电子束加工的应用三、电子束加工的应用Video三、电子束加工的应用三、电子束加工的应用 右图所示为电子束加工弯曲的型面。其原理为：电子束在磁场右图所示为电子束加工弯曲的型面。其原理为：电子束在磁场中受力，在工件内部弯曲，工件同时移动，即可加工曲面中受力，在工件内部弯曲，工件同时移动，即可加工曲面；随后；随后改变磁场极性，即可加工曲面改变磁场极性，即可加工曲面；在工件实体部位内加工，即可得；在工件实体部位内加工，即可得到弯槽到弯槽；当工件固定不动，先后改变磁场极性，二次加工，即可；当工件固定不动，先后改变磁场

6、极性，二次加工，即可得到一个入口、两个出口的弯孔得到一个入口、两个出口的弯孔。拉制电子束速度和磁场强度，。拉制电子束速度和磁场强度，即可控制曲率半径。即可控制曲率半径。电子束焊接电子束焊接的特点电子束焊接的特点1）焊接速度快）焊接速度快2）焊缝深而窄，深宽比可达）焊缝深而窄，深宽比可达70:13）焊件热影响区小）焊件热影响区小4）一般不用焊条，焊缝强度一般）一般不用焊条，焊缝强度一般高于母材高于母材三、电子束加工的应用三、电子束加工的应用SEM image of a work sample on a magnesium oxide surface using FIB. The diameter

7、 of the hole measures approximate. 4 m.等离子体等离子体：气体在高温下离解成正离子及自由电子，整体仍旧：气体在高温下离解成正离子及自由电子，整体仍旧保持电中性，这种高温电离气体称为等离子体。保持电中性，这种高温电离气体称为等离子体。等离子体加工等离子体加工：利用电弧放电使气体电离成过热的等离子态气：利用电弧放电使气体电离成过热的等离子态气流，靠局部熔化及汽化去除材料的工艺方法称为等离子体加工。流，靠局部熔化及汽化去除材料的工艺方法称为等离子体加工。第五节第五节 等离子体加工等离子体加工 Plasma Arc Machining/PAM电源割枪主体保护罩喷嘴距离冷却水钨电极工质气体等离子体电弧保护气体屏切缝宽度(约为喷嘴直径的两倍)一、基本原理一、基本原理等离子体具有极高的等离子体具有极高的能量密度，是由以下三种能量密度，是由以下三种效应造成的：效应造成的：1)机械压缩效应机械压缩效应等离子体切割嘴通道等离子体切割嘴通道直径及长度直径及长度2)热收缩效应热收缩效应气流流量与压力；冷气流流量与压力；冷却水作用却水作用3)磁收缩效应磁收缩效应由电弧电流形成磁场由电弧电流形成磁场综合结果：综合结果： 高电流密度，高温高电流密度，高温度，高速