電子束加工和等離子體加工

電子束加工和等離子體加工第一頁，共29頁。1.電子束加工一、電子束加工的原理和特點

電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短的時間內，其能量的大部分轉變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走。

控制電子束能量密度的大小和能量注入時間，就可以達到不同的加工目的。ElectronBeamMachining，簡稱EBM（一）電子束加工的原理如：（1）只使材料局部加熱就可以進行電子束熱處理；（2）使材料局部熔化就可以進行電子束焊接；（3）使材料熔化和氣化就可以進行打孔、切割的加工；（4）利用低能量密度的電子束轟擊高分子材料時產生化學變化的原理，實現(xiàn)電子束光刻加工。第二頁，共29頁。一、電子束加工的原理和特點（二）電子束加工的特點1）可微細聚焦；2）非接觸加工，工件不產生宏觀應力和變形，加工范圍廣泛；3）生產率很高；4）易實現(xiàn)加工自動化；5）加工環(huán)境為真空條件，工件表面不發(fā)生氧化；6）設備昂貴。第三頁，共29頁。二、電子束加工裝置(一)電子槍：包括電子發(fā)射陰極、控制柵極和加速陽極等，是獲得電子束的裝置。(二)真空裝置：由機械轉泵和油擴散泵或渦輪分子泵兩級組成，保證電子束加工時維持1.33×10-2~1.33×10-4Pa的真空度。(三)控制系統(tǒng)和電源：包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強度控制以及工作臺位移控制等。第四頁，共29頁。

第五頁，共29頁。第六頁，共29頁。第七頁，共29頁。第八頁，共29頁。三、電子束加工的應用（一）高速打孔；（二）加工型孔及特殊表面；（三）刻蝕；（四）焊接；（五）熱處理；（六）曝光。第九頁，共29頁。三、電子束加工的應用Video第十頁，共29頁。第十一頁，共29頁。第十二頁，共29頁。三、電子束加工的應用

右圖所示為電子束加工彎曲的型面。其原理為：電子束在磁場中受力，在工件內部彎曲，工件同時移動，即可加工曲面Ⅰ；隨后改變磁場極性，即可加工曲面Ⅱ；在工件實體部位內加工，即可得到彎槽Ⅲ；當工件固定不動，先后改變磁場極性，二次加工，即可得到一個入口、兩個出口的彎孔Ⅳ。拉制電子束速度和磁場強度，即可控制曲率半徑。第十三頁，共29頁。第十四頁，共29頁。第十五頁，共29頁。電子束焊接電子束焊接的特點1）焊接速度快2）焊縫深而窄，深寬比可達70:13）焊件熱影響區(qū)小4）一般不用焊條，焊縫強度一般高于母材三、電子束加工的應用第十六頁，共29頁。第十七頁，共29頁。第十八頁，共29頁。第十九頁，共29頁。SEMimageofaworksampleonamagnesiumoxidesurfaceusingFIB.Thediameteroftheholemeasuresapproximate.4μm.第二十頁，共29頁。第二十一頁，共29頁。等離子體：氣體在高溫下離解成正離子及自由電子，整體仍舊保持電中性，這種高溫電離氣體稱為等離子體。等離子體加工：利用電弧放電使氣體電離成過熱的等離子態(tài)氣流，靠局部熔化及汽化去除材料的工藝方法稱為等離子體加工。第五節(jié)等離子體加工PlasmaArcMachining/PAM第二十二頁，共29頁。電源割槍主體保護罩噴嘴距離冷卻水鎢電極工質氣體等離子體電弧保護氣體屏切縫寬度(約為噴嘴直徑的兩倍)一、基本原理等離子體具有極高的能量密度，是由以下三種效應造成的：1)機械壓縮效應等離子體切割嘴通道直徑及長度2)熱收縮效應氣流流量與壓力；冷卻水作用3)磁收縮效應由電弧電流形成磁場綜合結果：高電流密度，高溫度，高速度（高動能）→熱能等離子體加工原理圖第二十三頁，共29頁。第二十四頁，共29頁。二、設備第二十五頁，共29頁。二、設備第二十六頁，共29頁。二、設備第二十七頁，共2