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先进制造工艺专业课报告 先进制造工艺专业课报告 先进制造工艺专业课报告 原理与特点 Electron Bream Machining （一）电子束加工的原理 ? 电子束加工的基本原理是： 在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压(30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度（106~109W/cm2）的电子束。当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。 电子束加工原理图 （二）优点 1）由于电子束能够极其微细地聚焦，如电流为10mA时，能聚焦到10～100 μμm。所以加工面积可以很小，能加工微孔、窄缝、半导体集成电路等，是一种精密微细的加工方法。 2) 由于电子束能量密度很高，使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度，去除材料主要靠瞬时蒸发，能加工高熔点和难加工材料如钨、钼、不锈钢、金刚石、蓝宝石、水晶、玻璃、陶瓷和半导体材料等 。又由于电子束加工是非接触式加工，工件不受机械力作用，不易产生宏观应力和变形，所以加工材料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。 6）设备的使用具有高度灵活性 ,并可使用同一台设备进行电子束焊接、 表面改善处理和其他电子束加工 （三）缺点 a. 由于使用高电压，会产生较强 X射线，必须采取相应的安全措施；b. 需要在真空装置中进行加工；c. 设备造价高等。电子束加工对设备和系统的真空度要求较高 ,使得电子束加工 价格昂贵 ,一定程度上限制了其在生产中的应用.。 加工工具 电子束加工装置的基本结构如图所示，它主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。 1）电子枪。电子枪是获得电子束的装置，它包括电子发射阴极、控制栅和加速阳极等。阴极经电流加热发射电子，带负电荷的电子高速飞向带高电位的阳极，在飞向阳极的过程中，经过加速极加速，又通过电磁透镜把电子束聚焦成很小的束斑。 2）真空系统。真空系统是为了保证在电子束加工时维持1.33×10-2~1.33×10-4Pa的真空度。因为只有在高真空中，电子才能高速运动。此外，加工时的金属蒸汽会影响电子发射，产生不稳定现象，因此，也需要不断地把加工中生产的金属蒸汽抽出去。真空系统一般由机械旋转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两级组成，先用机械旋转泵把真空室抽至1.4~0.14Pa，然后由油扩散泵或涡轮分子泵抽至0.014~0.00014Pa的高真空度。 3）控制系统和电源。电子束加工装置的控制系统包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。束流聚焦控制是为了提高电子束的能量密度，使电子束聚焦成很小的束斑，它基本上决定着加工点的孔径或宽。束流位置控制是为了改变电子束的方向，常用电磁偏转来控制电子束焦点的位置。如果使偏转电压或电流按一定程序变化，电子束焦点便按预定的轨迹运动。工作台位移控制是为了在加工过程中控制工作台的位置。 图 电子束加工装置结构示意图1-工作台系统；2-偏传线圈；3-电磁透镜；4-光阑；5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极；8-光学观察系统；9-带窗真室门；10-工件 应用与前沿 按照电子束加工所产生的效应,可以将其分为两大类:电子束热加工和电子束非热加工： 电子束热加工是将电子束的动能在材料表面转化成热能,以实现对材料的加工,其中包括:1)电子束精微加工。2)电子束焊接。3)电子束镀膜。可蒸镀金属膜和介质膜;4 )电子束熔炼。5)电子束热处理。上述各种电子束加工总称为高能量密度电子束加工。 电子束非热加工是基于电子束的非热效应,利用功率密度比较低的电子束和电子胶(又称电子抗蚀剂,由高分子材料组成)相互作用产生的辐射化学或物理效应对材料进行加工。其应用领域主要是电子束曝光。 热处理 焊接 打孔 切割 曝光 熔炼 打孔 打孔加工特点：孔小、效率高、加工斜孔 焊接 热处理 先进制造工艺专业课报告