先进成形与智能技术 课件 第六章-高能束流加工

6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2高能束流加工概述电子束加工激光加工离子束加工高能束流加工是一种利用高能粒子束（如电子束、离子束）或高能光束（如激光束）对材料进行加工的技术该技术通过高能束流与材料的相互作用，在微观层面改变材料的组织结构和性能，从而实现对材料形状、尺寸及表面性能等的精确控制在真空中利用加速聚焦的电子束高速冲击工件表面，通过热效应或辐射效应实现特定工艺目的的技术。通过光热效应引发高温熔融及冲击波共同作用的综合加工过程。利用高速离子束实现材料表面的精确去除、改性或处理的加工技术。6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.1电子束加工1.电子束加工的基本原理能量密度大小注入时间不同的加工目的1-电子枪2-聚焦系统3-电子束4-工件5-电源及控制系统6-真空系统在真空条件下，电子束通过电子枪加速、聚焦后，以极高的速度冲击到工件表面的微小部位，导致材料局部熔化或蒸发，从而实现对材料的加工。6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.1电子束加工2.电子束加工的设备及工艺特点工艺特点束斑极小能量密度高工件变形小生产率高可控性好无污染成本高1-工作台系统2-偏转线圈3-电磁透镜4-光阑5-加速阳极6-控制栅极7-发射电子的阴极8-光学观察系统9-带窗真空室门10-工件6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.1电子束加工3.电子束加工的应用加工的应用高速打孔热处理电子束光刻6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.2激光加工1.激光加工的基本原理激光加工是一种重要的高能束流加工方法，利用光热效应产生的高温熔融和冲击波进行加工。1-电源2-激光器3-透镜4-平面镜5-聚焦镜6-工件7-机械系统6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.2激光加工2.激光加工的设备及工艺特点基本设备包括激光器电源光学系统机械系统常用的激光器按激活介质种类固体激光器气体激光器工艺特点适应性强加工效率高加工质量好综合效益高6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.1激光加工3.激光加工的应用激光加工的应用极其广泛在打孔、切割、焊接以表面淬火、冲击强化、表面合金化、表面融覆等表面处理的众多加工领域都得到了成功的应用激光打孔激光切割激光切割以其切割范围广、切割速度高、切缝质量好、热影响区小、加工柔性大等优点，在现代工业中得到广泛应用，是激光加工技术中最为成熟的技术之一是最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的主要领域之一，利用激光几乎可在任何材料上打微型小孔激光焊接用激光作为热源对材料进行加热，使材料熔化而连接6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.3离子束加工1.离子束加工的基本原理在真空条件下，将离子源产生的离子经过加速聚焦，利用产生高能离子束流射到材料表面，使材料发生变形、破坏、分离，从而实现加工。离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。a）离子刻蚀b）溅射沉积c）离子镀d）离子注入6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.3离子束加工2.离子束加工的设备及工艺特点离子束加工装置与电子束加工装置类似，也包括离子源、真空系统、控制系统和电源等部分。主要的不同部分是离子源系统。离子源用以产生离子束流。使原子电离的办法是把要电离的气态原子注入电离室，经高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击，使气态原子电离为等离子体。用一个相对于等离子体具有负电位的电极，就可从等离子体中引出正离子束流。根据离子束产生方式和用途的不同，离子源有很多形式，常用的有考夫曼型离子源和双等离子体型离子源。6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.3离子束加工2.离子束加工的设备及工艺特点考夫曼型离子源示意图双等离子体型离子源示意图1-真空抽气口2-灯丝3-惰性气体注入口4-电磁线圈5-离子束流6-工件7-阴极8-引出电极9-阳极10-电离室1-加工室2-离子枪3-阴极4-中间电极5-电磁铁6-阳极7-控制电极8-引出电极9-离子束10-静电透镜11-工件6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.3离子束加工2.离子束加工的设备及工艺特点优点缺点尺寸精度高污染少加工应力小成本较高加工效率底应用范围有一定限制6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6.2.3离子束加工3.离子束加工的应用加工的应用刻蚀加工镀膜加工离子注入加工离子刻蚀是从工件上去除材料，是一个撞击溅射过程。离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子注入是向工件表面直接注入离子，它不受热力学限制，可以注入任何离子，且注入量可以精确控制。6.2高能束流加工战略性新兴领域教材建