電子束加工課件

電子束加工★電子束加工原理

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，在極短時(shí)間內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使被沖擊部分的工件材料達(dá)到攝氏幾千度的高溫，使材料局部熔化、氣化，被真空系統(tǒng)抽走。（光盤）

控制電子束能量密度的大小和能量注入的時(shí)間，就可以達(dá)到不同的加工目的。電子束熱處理：只使材料局部加熱電子束焊接：使材料局部熔化就可以進(jìn)行材料的切割及打孔：提高電子束的能量，使材料熔化氣化，就可以進(jìn)行電子束光刻加工：利用較低能量的電子束轟擊高分子材料，可進(jìn)行電子束加工特點(diǎn):1、由于電子束能夠極其細(xì)微的聚焦，最小能夠聚焦倒0.1微米，所以加工面積可以很小，是一種精密細(xì)微的加工方法。2、電子束能量密度極高，使照射部分的溫度超過材料的熔化氣化溫度，去除材料主要靠瞬時(shí)蒸發(fā)，是一種非接觸式加工。工件不受機(jī)械力的作用，不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形。加工材料的范圍很廣，對(duì)脆性、韌性、導(dǎo)體、半導(dǎo)體材料都可以加工。3、電子束能量密度極高，生產(chǎn)效率很高容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（例如每秒鐘可在2.5毫米厚的鋼板上鉆50個(gè)直徑為0.4毫米的小孔）4、可以通過磁場(chǎng)或電場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等進(jìn)行直接控制，所以整個(gè)加工過程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別是在電子束曝光中，從加工位置找準(zhǔn)到加工圖形的掃描,都可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在電子束打孔和切割時(shí)，可以通過電氣控制加工異形孔，實(shí)現(xiàn)曲面弧形切割等。5、由于電子束加工是在真空中進(jìn)行，因而污染少，加工表面不會(huì)氧化,特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導(dǎo)體材料。6、需要一整套專用設(shè)備及真空系統(tǒng)價(jià)格較貴，生產(chǎn)應(yīng)用有一定局限性。電子束加工裝置：

電子束加工裝置主要由電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等組成（如圖6-2）電子槍：是獲得電子束的裝置。它包括電子發(fā)射陰極、控制柵極、加速陽極等（如圖6-2，6-3）陰極經(jīng)電流加熱到高溫發(fā)射大量電子，在陰極表面形成一團(tuán)密集的電子云，帶負(fù)電荷的電子向陽極飛奔，在此過程中，經(jīng)過加速陽極加速，又經(jīng)過電磁透鏡，把電子束聚焦成很小的束斑。，發(fā)射陰極一般由鎢、鉭制成，小功率時(shí)發(fā)射陰極作成絲狀，大功率時(shí)發(fā)射陰極作成塊狀?？刂茤艠O為中間有孔的圓筒形，它能控制電子束的強(qiáng)弱，還有初步聚焦的作用。加速陽極通常接地，能驅(qū)使電子加速。真空系統(tǒng)：抽走加工過程中產(chǎn)生的金屬蒸汽（電子只有在真空中才能高速運(yùn)動(dòng)，另外，金屬蒸汽會(huì)影響加工的穩(wěn)定性）。

真空系統(tǒng)一般由機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵和油擴(kuò)散泵或渦輪分子泵兩級(jí)組成?？刂葡到y(tǒng)：包括:

束流聚焦控制束流位置控制束流強(qiáng)度控制工作臺(tái)位移控制束流位置控制：是為了改變電子束的方向。常用電磁偏轉(zhuǎn)來控制電子束焦點(diǎn)的位置以實(shí)現(xiàn)零件的加工。（如果使偏轉(zhuǎn)電壓或電流按一定程序變化，電子束焦點(diǎn)便按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)。）束流聚焦控制：是為了提高電子束的能量密度，使電子束聚焦成很小的束斑，它基本上決定了加工點(diǎn)的孔徑或縫寬。聚焦有兩種方法：利用高壓靜電場(chǎng)、利用電磁透鏡（實(shí)際上是一個(gè)電磁線圈，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)使每個(gè)電子的合成運(yùn)動(dòng)為為一個(gè)半徑越來越小的空間螺旋線而聚焦于一點(diǎn)。）工作臺(tái)位移控制：在加工過程中控制工作臺(tái)位置，并與電子束的偏轉(zhuǎn)相配合，以實(shí)現(xiàn)大面積加工。（因?yàn)殡娮邮D(zhuǎn)只有幾毫米）電源：提供加工時(shí)所需能量。（電子束加工對(duì)電源的穩(wěn)定性要求較高。常用穩(wěn)壓設(shè)備。因?yàn)殡娮邮劢?、陰極的發(fā)射強(qiáng)度與電壓波動(dòng)有密切關(guān)系）（光盤）電子束加工的應(yīng)用:

電子束加工按其功率密度和能量注入時(shí)間的不同，可用于打孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理和光刻加工等。（一）高速打孔

電子速打孔已在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用，目前最小直徑可達(dá)φ0.003mm左右。例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)套上的冷卻孔，機(jī)翼的吸附屏的孔，不僅孔的密度可以連續(xù)變化，孔數(shù)達(dá)數(shù)百萬個(gè)，而且有時(shí)還可改變孔徑，最宜用電子束高速打孔，高速打孔可在工件運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行，例如在0.1mm厚的不銹鋼上加工直徑為φ0.2mm的孔，速度為每秒3000孔。在人造革、塑料上用電子束打大量微孔，可使其具有如真皮革那樣的透氣性?，F(xiàn)在生產(chǎn)上已經(jīng)出現(xiàn)了專用塑料打孔機(jī)，將電子槍發(fā)射的片狀電子束分成數(shù)百條小電子束同時(shí)打孔，速度可達(dá)每秒50000孔，孔徑120~40um，可調(diào)。電子束打孔還能加工小深孔，如在葉片上打深度5mm、直徑φ0.4mm的孔，孔的深徑比大于10：1。用電子束加工玻璃、陶瓷、寶石等脆性材料時(shí)，由于在加工部位的附近有很大溫差，容易引起變形甚至破裂，所以在加工前或加工時(shí)，需用電阻爐或電子束進(jìn)行預(yù)熱。（二）加工型孔及特殊表面

圖6.5為電子束加工的噴絲頭異形孔截面的一些實(shí)例。出絲口的窄縫寬度為0.03~0.07mm,長度為0.80mm,噴絲板厚度為0.6mm。為了使人造纖維具有光澤、松軟有彈性、透氣好噴絲頭的異形孔都是特殊形狀的。電子束可以用來切割各種復(fù)雜型面，切口寬度為6~3um，邊緣表面粗糙度可控制在Rmax0.5um左右。

離心過濾機(jī)、造紙化工過濾設(shè)備中鋼板上的小孔為錐孔(上小下大)，這樣可防止堵塞,并便于反沖清洗。用電子束在厚1mm的不銹鋼板上打φ0.13mm的錐孔，每秒可打20孔。燃燒室混氣板及某些渦輪機(jī)葉片需要大量的不同方向的斜孔，使葉片容易散熱,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。如某種葉片需要打斜孔30000個(gè)，使用電子束加工能廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)。燃?xì)廨啓C(jī)上的葉片、混氣板和蜂房消聲器等三個(gè)重要部件已用電子束打孔代替電火花打孔。電子束不僅可以加工各種直的型孔和型面，也可以加工彎孔和曲面。利用電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的原理，使電子束在工件內(nèi)部偏轉(zhuǎn)。控制電子速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，即可控制曲率半徑，加工出彎曲的孔。如果同時(shí)改變電子束和工件的相對(duì)位置，就可進(jìn)行切割和開槽。圖6.6a是對(duì)長方形工件1施加磁場(chǎng)之后，若一面用電子束2轟擊，一面依箭頭方向移動(dòng)工件，就可獲得如實(shí)線所示的曲面。經(jīng)圖6.6a所示的加工后，改變磁場(chǎng)極性再進(jìn)行加工，就可獲得圖6.6b所示的工件。同樣原理，可加工出6.6c所示的彎縫。如果工件不移動(dòng)，只改變偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極性進(jìn)行加工，就可獲得圖6.6d所示的入口為一個(gè)而出口為兩個(gè)的彎孔。（三）刻蝕

在微電子器件的生產(chǎn)中，為了制造多層固體組組件，可利用電子束對(duì)陶瓷或半導(dǎo)體材料刻出許多微細(xì)溝槽和孔來,如在硅片上刻出寬2.5um，深0.25um的細(xì)槽，在混合電路電阻的金屬鍍層上刻出40um寬的線條。還可在加工過程中對(duì)電阻值進(jìn)行測(cè)量校準(zhǔn)，這些都可用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制完成。電子束刻蝕還可用于制版，在銅制印刷滾筒上按色調(diào)深淺刻出許多大小與深淺不一的溝槽或凹坑，其直徑為70~120um，深度為5~40um，小坑代表淺色，大坑代表深色。（四）焊接電子束焊接，是利用電子束作為熱源的一種焊接工藝。當(dāng)高能量密度的電子束轟擊焊件表面時(shí),使焊件接頭處的金屬熔融,在電子束連續(xù)不斷地轟擊下,形成一個(gè)被熔融金屬環(huán)繞著的毛細(xì)管狀的熔池,如果焊件按一定速度沿著焊件接縫與電子束作相對(duì)移動(dòng),則接縫上的熔池由于電子束的離開而重新凝固,使焊件的整個(gè)接縫形成一條焊縫。

由于電子束的能量密度極高，焊接速度快，所以電子束焊接的焊縫深而窄，焊件熱影響區(qū)小，變形小?？稍诠ぜ庸ず筮M(jìn)行，一般不用焊條，在真空中進(jìn)行，因此，焊縫的化學(xué)成分純凈，焊接接頭的強(qiáng)度往往高于母材。電子束焊接可以焊接難熔金屬，也可焊接化學(xué)性能活潑的金屬。普通碳鋼、不銹鋼、合金鋼、銅、鋁等各種金屬也可使用電子束進(jìn)行焊接?？梢院负鼙〉墓ぜ?，也可焊幾百毫米厚的工件。

可以實(shí)現(xiàn)異種金屬焊接（兩種不同材料的焊接），如銅和不銹鋼的焊接，鋼和硬質(zhì)合金的焊接，鉻、鎳和鉬的焊接等。由于電子束焊接能夠?qū)崿F(xiàn)異種金屬焊接,所以就有可能將復(fù)雜的工件分成幾個(gè)零件,這些零件可以單獨(dú)地使用最合適的材料,采用合適的方法來加工制造,最后利用電子束焊接成一個(gè)完整的零部件,從而可以獲得理想的技術(shù)性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。（五）熱處理電子束熱處理也是把電子束作為熱源,但適當(dāng)降低電子束的功率密度,使金屬表面加熱而不熔化,達(dá)到熱處理的目的。電子束熱處理的加熱速度和冷卻速度都很高,在相變過程中,奧氏體化時(shí)間很縮,只有幾分之一秒乃至千分之一秒,奧氏體晶粒來不及長大,從而能獲得一種超細(xì)晶粒組織,可使工件獲得用常規(guī)熱處理不能達(dá)到的硬度,硬化深度可達(dá)0.3~0.8mm。

電子束熱處理與激光熱處理類同,但電子束的電熱轉(zhuǎn)換效率高,可達(dá)9O%,而激光的轉(zhuǎn)換效率只有7%~10%。電子束熱處理在真空中進(jìn)行,可以防止材料氧化,電子束設(shè)備的功率可以做得比激光功率大,所以電子束熱處理工藝很有發(fā)展前途。如果用電子束加熱金屬達(dá)到表面熔化,可在熔化區(qū)加人其他元素,使金屬表面改性,形成一層很薄的新的合金層,從而獲得更好的物理力學(xué)性能。鑄鐵的熔化處理可以產(chǎn)生非常細(xì)的萊氏體結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)是抗滑動(dòng)磨損。鋁、鈦、鎳的各種合金幾乎全可進(jìn)行添加元素處理,從而得到很好的耐磨性能。（六）電子束光刻

毛子束光刻是先利用低功率密度的電子束照射稱為電致抗蝕劑的高分子材料,由入射電子與高分子相碰撞,使分子的鏈被切斷或重新聚合而引起分子量的變化,這一步驟稱為電子束曝光,如圖⒍7a所示。如果按規(guī)定圖形進(jìn)行電子束曝光,就會(huì)在電致抗蝕劑中留下潛像。然后將它浸入適當(dāng)?shù)娜軇┲?則由于相對(duì)分子質(zhì)量不同而溶解度不一樣,就會(huì)使?jié)撓耧@影出來,如圖⒍7b所示。將電子束光刻與離子束刻蝕或蒸鍍工藝結(jié)合,見圖6-7c、d,就能在金屬掩膜或材料表面上制出圖形來,見圖6-7e、f。離子束加工一、離子束加工原理、分類和特點(diǎn)★加工原理：離子束加工原理與電子束加工基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之撞擊到工作表面?？课⒂^的機(jī)械撞擊能量來加工工件。（不是靠動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能來加工）（與電子束加工不同的是：電子帶負(fù)電荷，而離子帶正電荷。離子的質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍，所以一旦離子加速到較高的速度時(shí)，離子束比電子束具有更大的撞擊動(dòng)能。）★離子束加工的物理基礎(chǔ)：是離子束射到材料表面時(shí)所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。具有一定動(dòng)能的離子斜射到工件材料（或靶材）表面時(shí)，可以將表面的原子撞擊出來，這就是離子的撞擊效應(yīng)和濺射效應(yīng)。如果將工件直接作為離子轟擊的靶材，工件表面就會(huì)受到離子刻蝕（也稱離子銑削）。如果將工件放置在靶材的附近，靶材的原子就會(huì)濺射到工件表面，使工件表面吸附了一層靶材原子的薄膜（即鍍了一層）如果離子能量足夠大并垂直工件表面撞擊時(shí)，離子就會(huì)鉆進(jìn)工件表面，這就是離子的注入效應(yīng)?！镫x子束加工的分類：（按所利用的物理效應(yīng)和達(dá)到目的的不同，可分為四類）

離子刻蝕：利用離子撞擊和濺射效應(yīng)傾斜轟擊工件，將工件表面的原子逐個(gè)剝離是一種原子尺度的切削加工，屬毫微米加工工藝，又稱離子銑削。（如圖6-8A）離子射濺沉積：傾斜轟擊某種材料制成的靶，離子將靶材原子轟出，垂直沉積在靶材附近的工件上，使工件表面鍍上一層膜。（如圖6-8B）離子鍍（離子濺射輔助沉積）：在鍍膜時(shí)，離子同時(shí)轟擊靶材和工件表面，目的是為了增強(qiáng)膜材（靶材）和工件基材之間的結(jié)合力。（如圖C）離子注入：較高能量的離子束，直接垂直轟擊被加工材料，離子鉆入被加工表面層，改變了工件表面材料的化學(xué)成分，從而改變了工件表面層的機(jī)械物理和化學(xué)性能。根據(jù)不同的目的選用不同的注入離子，如：磷、硼、碳、氮。（如圖D）離子束加工的特點(diǎn)：

是所有特種加工方法中最精密、最細(xì)微的加工方法，是納米加工技術(shù)的基礎(chǔ)。

是在高真空中進(jìn)行，污染少，特別適用于易氧化的金屬、合金材料和高純度半導(dǎo)體材料的加工。

離子束加工是一種微觀作用，宏觀壓力很小，所以，加工應(yīng)力、熱變性極小，加工質(zhì)量高，適合于各種材料和低剛度零件的加工。

離子束加工設(shè)備費(fèi)用貴、成本高，加工效率低。二、離子束加工裝置：離子束加工裝置與電子束加工裝置類似，包括：

離子源（用來產(chǎn)生離子束，常用的有：考夫曼型離子源和雙等離子體型離子源）

真空系統(tǒng)

控制系統(tǒng)

電源等

離子源用以產(chǎn)生離子束流。產(chǎn)生離子束流的基本原理和方法是使原子電離。具體辦法是：

把要電離的氣態(tài)原子（如氬等惰性氣體或金屬蒸氣）注人電離室,經(jīng)高頻放電、電弧放電、等離子體放電或電子轟擊,使氣態(tài)原子電離為等離子體（即正離子數(shù)和負(fù)電子數(shù)相等的混合體）。用一個(gè)相對(duì)于等離子體為負(fù)電位的電極（吸極）,就可從等離子體中引出正離子束流。

根據(jù)離子束產(chǎn)生的方式和用途的不同，離子源有很多形式，常用的有：

考夫曼型離子源

雙等離子管型離子源三、離子束加工的應(yīng)用：目前用于改變零件尺寸和表面物理力學(xué)性能的離子束加工有：用于從工件上作取出加工的離子刻蝕加工用于給工件表面涂覆的離子鍍膜加工用于表面改性的離子注入加工刻蝕加工：離子刻蝕是從工件上去除材料，是一個(gè)撞擊射濺過程。（當(dāng)離子束轟擊工件時(shí)，射入離子的動(dòng)量傳遞到工件表面的原子，傳遞能量超過了原子間的鍵合力時(shí)，原子就從工件表面撞擊濺射出來，達(dá)到蝕刻的目的，）可認(rèn)為是逐個(gè)原子的剝離?？涛g速度很低，其分辨率可達(dá)微米級(jí)甚至亞微米級(jí)。

為了避免射入離子與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，必須使用惰性元素的離子，通常用氬離子進(jìn)行轟擊刻蝕?？涛g加工時(shí)，對(duì)離子入射能量、束流大小、離子入射到工件上的角度、工作室氣壓等都能分別調(diào)節(jié)控制，以上參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同加工需要進(jìn)行選擇。

用氬離子轟擊被加工表面時(shí)，其效率取決于離子能量和入射角。

刻蝕率隨能量增加而迅速增加，能量增大到一定程度后再增加刻蝕速率逐漸減慢。

刻蝕率隨入射角增加而增加，但入射角增大會(huì)使表面有效束流減小，入射角在400—600時(shí)刻蝕率最高。

離子刻蝕的應(yīng)用：離子刻蝕用于加工陀螺儀空氣軸承和動(dòng)壓馬達(dá)的溝槽效果很好。加工非球面透鏡能達(dá)到別的加工方法所不能達(dá)到精度（圖6-11）

刻蝕高精度的圖形，如集成電路、聲表面波器件、磁泡器件、光電器件和光集成器件等微電子學(xué)器件亞微米圖形。用離子束轟擊已被機(jī)械磨光的玻璃，可得到極光滑的表面。玻璃纖維用離子束轟擊后，變?yōu)榫哂胁煌凵渎实墓鈱?dǎo)材料。等鍍膜加工:離子鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種離子鍍時(shí)，工件受到靶材和離子的同時(shí)轟擊，使得離子鍍膜具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

附著力強(qiáng)、膜層不易脫落；用離子鍍的方法對(duì)工件進(jìn)行鍍膜時(shí)，其繞射性好，使基板所有暴露的表面均能被鍍復(fù)。離子鍍技術(shù)已用于潤滑膜、耐熱膜、耐蝕膜、耐磨膜（刀具鍍膜氮化鈦、碳化鈦）、裝飾膜（手表鍍膜氮化鈦、工藝美術(shù)品等）和電器膜等。三、離子注入加工

離子注入是向工件表面直接注入離子，它不受熱力學(xué)的影響，可以注入任何離子，且注入量可以精確控制，注入的離子是固溶在金屬材料中，含量可達(dá)10%--40%，注入深度可達(dá)1微米甚至更深。離子注入是制作半導(dǎo)體器件和大面積集成電路的重要手段離子注入可以改變工件表面性能，如改善金屬表面的抗蝕性能、抗疲勞性能、潤滑性能、和耐磨性能等?？傊?，離子注入的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，今后將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的應(yīng)用。補(bǔ)充：電子束“毛化”技術(shù)是一種新型電子束表面加工技術(shù)，它借助于電磁場(chǎng)對(duì)電子束進(jìn)行復(fù)雜掃描控制而在金屬材料表面產(chǎn)生特殊的成型效果,是在復(fù)雜磁場(chǎng)控制下電子束使金屬快速熔化、流動(dòng)、堆積和凝固的復(fù)雜冶金過程。該技術(shù)在真空環(huán)境中，通過快速響應(yīng)偏轉(zhuǎn)線圈并用復(fù)雜信號(hào)控制程序精確控制電子束流，使其按照某種特定的方式、特定的規(guī)律、一定的速度和能量作用于材料表面，并在材料表面形成微小金屬的熔池。一旦材料開始形成熔池，電子束將通過磁場(chǎng)的掃描控制被迅速轉(zhuǎn)移到其他位置，而熔化的液態(tài)金屬在表面張力及金屬蒸氣壓力的共同作用下，向電子束流移動(dòng)相反的方向流動(dòng)，并在熔池后方快速冷卻、凝固。隨著束流的重復(fù)掃描，熔池前端的金屬被繼續(xù)轉(zhuǎn)移到熔池后端，經(jīng)過不斷的堆積、冷卻、凝固，逐漸形成一定形狀和大小的“凸起”（毛刺），產(chǎn)生表面“毛化”的效果，而在熔池前端形成很小的凹坑或者凹槽狀的“刻蝕”。“凸起”（毛刺）的生長過程如圖1所示。如果能夠同時(shí)控制電子束的束流參數(shù)（包括電子束的加速電壓、電流和聚焦程度），加上特殊的掃描波形，即可產(chǎn)生各種不同的“毛化”表面如圖所示（英國焊接研究所資料）。并且任何形貌的結(jié)構(gòu)都可以通過改變電子束焦點(diǎn)的尺寸、形狀、入射角及其他特征分布來定制客戶所需的表面，目前已經(jīng)成功制備尺寸從幾十微米到十幾毫米的毛刺凸起。該項(xiàng)技術(shù)不僅能夠達(dá)到其他工藝方法無法實(shí)現(xiàn)的表面效果，而且在真空操作下可以避免因高溫導(dǎo)致金屬材料表面被氧化或被污染。1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展電子束“毛化”技術(shù)最早由英國焊接研究所最新報(bào)道，并已取得很大進(jìn)展（見圖4）。它可以根據(jù)需要在材料表面定制不同的形貌（如形狀、大小、角度、密度等）。主要可用于涂層制備的表面預(yù)處理、金屬和復(fù)合材料連接、人體關(guān)節(jié)表面處理、散熱器件的表面造型設(shè)計(jì)等。國內(nèi)，北京航空制造工程研究所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在前期多束流電子束加工技術(shù)（國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目）的基礎(chǔ)上首次實(shí)現(xiàn)了電子束“毛化”技術(shù)，在不同的金屬材料上，獲得了不同的電子束“毛化”效果（見圖5），掌握了一定的規(guī)律，并開展了初步的應(yīng)用性探索，取得了較大的進(jìn)展。2電子束“毛化”技術(shù)在復(fù)合材料制造領(lǐng)域的應(yīng)用2.1

Comeld連接技術(shù)（預(yù)埋連接技術(shù)）Comeld（Composite-Metal-Weld）技術(shù)是一種基于電子束“毛化”技術(shù)的連接金屬和復(fù)合材料的新技術(shù)，這種連接接頭是利用電子束“毛化”技術(shù)將金屬件進(jìn)行表面處理，“毛化”成所需要的表面形貌，然后將金屬件與復(fù)合材料通過加溫加壓共固化而得到的，如圖6所示。圖7為Comeld連接接頭的截面圖，從圖中可以看出這樣“毛化”得到的金屬表面的“毛刺”嵌入到復(fù)合材料中，使“毛刺”與復(fù)合材料尤其是與纖維之間相互作用，通過增強(qiáng)界面強(qiáng)度，可以提高金屬與復(fù)合材料連接部位的承載能力。2.2

Comeld技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展在新一代飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造中，由于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)水平和使用性能的局限性，復(fù)合材料構(gòu)件不可避免地要與金屬相連接，這就給復(fù)合材料構(gòu)件的使用和安裝帶來大量的連接技術(shù)問題，如果連接不好，這些連接件就會(huì)成為整體結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。有數(shù)據(jù)表明，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件中有一半以上的破壞位置都發(fā)生在連接部位?？梢姀?fù)合材料的連接技術(shù)是復(fù)合材料工程應(yīng)用中的關(guān)鍵因素。如今，這種新型Comeld連接技術(shù)的出現(xiàn)帶來了新的研究設(shè)計(jì)方向，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)連接技術(shù)——膠接和機(jī)械連接（如鉚接、螺接等）在某些應(yīng)用條件下的不足，如高溫膠膜缺乏、鉚釘帶來的應(yīng)力集中等。根據(jù)英國焊接研究所的研究，這種Comeld連接接頭比傳統(tǒng)的同尺寸連接接頭能承受更高的載荷，斷裂前吸收的能量也遠(yuǎn)高于后者，同時(shí)由于“毛刺”在連接部位的均布化，能很大程度地降低鉚接等機(jī)械連接帶來的應(yīng)力集中，而且可以通過優(yōu)化毛刺的結(jié)構(gòu)及分布形式提高這種接頭的韌性。并且，還可以用在其他方式結(jié)構(gòu)上，如在復(fù)合材料工件制造時(shí)，也可先在工件周圍用此法連接一金屬邊緣，然后焊接到其他金屬結(jié)構(gòu)上去。圖8為Comeld連接接頭的失效示意圖。3結(jié)束語（1）電子束“毛化”技術(shù)高效、高精度、表面形貌可定制的加工特點(diǎn)使其在材料表面處理、復(fù)合材料制造等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。（2）基于電子束“毛化”技術(shù)的金屬與復(fù)合材料comeld連