電子束切割---討論

我在飛

1． 電子束切割原理及特點(diǎn)
（1）切割原理
電子束切割時(shí),，具有較高能量的細(xì)聚焦電子流打擊工件的待切割處時(shí),，這部分工件的溫度將急劇上升,，以至于工件未經(jīng)熔化就直接變成了氣體（升華），于是工件表面就出現(xiàn)了一道溝槽,，溝槽逐漸加深而完成工件的切割,。
% x( B3 I' X+ {8 \& t電子束切割必須在高真空條件下進(jìn)行，因?yàn)橹挥性诟哒婵諚l件下才能獲得高能量的細(xì)聚焦電子流,，而在空氣中發(fā)射電子的燈絲很容易被氧化而燒毀,。在低真空條件下，電子流會(huì)在轟擊工件之前與其他氣體分子碰撞使氣體電離而失去能量,。
2 o  D* D1 r& w) i( {. q（2）特點(diǎn)
! ~) K( b  Q8 b. O① 功率密度高
電子束徑可達(dá)微米級(jí),，因此轟擊點(diǎn)瞬時(shí)溫度高達(dá)數(shù)千攝氏度，足以使材料熔化或汽化,。電子束一般可用來切割任何材料和半導(dǎo)體電路等,，是一種微細(xì)切割方法。
. {. `4 k; `/ I/ R) X② 工件變形小
) b" K+ b2 L" X" L/ ?$ [電子束作為熱能切割方法,，瞬時(shí)作用面積又很微小,，因此切割部位的熱影響區(qū)很小（約幾個(gè)微米）,，在切割過程中也無機(jī)械力作用,，工件很少產(chǎn)生應(yīng)力和變形，也不存在刀具的損耗問題,，尤其是加工精度高,、表面質(zhì)量好。對(duì)各種材料（包括脆性材料,、導(dǎo)體,、半導(dǎo)體及非導(dǎo)體材料）均可實(shí)現(xiàn)切割。
4 h  i( ?. [( j/ Z# T) Y③ 熱源的開關(guān)時(shí)間特別短
# ~1 H! l- D, y5 T% L# ]電子束熱源的開關(guān)速度在幾分之一微秒的作用時(shí)間內(nèi)能以精確量來變換能量,。因此在射線發(fā)生器內(nèi)采用韋氏電極,，而這種電極幾乎可以無功率地和無慣性地來控制射線的強(qiáng)度。采用具有可以調(diào)整重復(fù)頻率,、脈沖寬度的脈沖電壓可使用熱源在工件上的作用時(shí)間有很大范圍的變化,。
④ 真空環(huán)境下切割點(diǎn)不受雜質(zhì)污染
全部切割過程是在真空中進(jìn)行，切割點(diǎn)能防止空氣氧化產(chǎn)生的雜質(zhì),，保持高純度,。適于切割易氧化金屬及合金材料,，特別是純度要求極高的半導(dǎo)體材料。
/ B! q! s5 j3 g. h) j⑤ 電子束強(qiáng)度,、位置和聚集可以精確控制
: n) C" ~: i0 `# u) ~' h8 L1 @! J位置控制準(zhǔn)確度可達(dá)0.1μm左右,，強(qiáng)度和束斑大小控制誤差可達(dá)1％以下。通過磁場和電場可使電子束以任意速度在工件上運(yùn)行,，便于計(jì)算機(jī)控制,，實(shí)現(xiàn)切割過程的自動(dòng)化。
⑥ 成本高
電子束切割需要專用設(shè)備,，切割成本較高,。
目前電子束主要用來切割晶體，晶體表面不易玷污,，切割的晶向準(zhǔn)確度較高,，切割時(shí)材料損耗較小，引起的晶體表面損傷也很小,。因此,，它是一種較好的晶體定向切割機(jī)器。
( p5 O; t. x4 F" G. N, q2． 電子束切割裝置
* @3 B2 E4 S& \/ F* {% F3 F電子束切割裝置包括電子槍,、真空室及抽真空系統(tǒng),、電子束控制系統(tǒng)和工作臺(tái)系統(tǒng)。電子束切割裝置的結(jié)構(gòu)見下圖,。

電子槍是用來發(fā)射高束電子流,，完成電子的預(yù)聚集和強(qiáng)度控制的裝置。切割時(shí),，加熱的發(fā)射陰極發(fā)射出電子束,，電子束在陽極光闌較陰極為正的高壓下加速，當(dāng)速度達(dá)2/3光速時(shí)通過陽極,，加到控制柵極上的較陰極為負(fù)的偏壓，可以控制電子束的強(qiáng)弱,，還可對(duì)電子束進(jìn)行初步聚集,。陰極一般采用純鎢或純鉭制成，在工作時(shí)損耗大,，需要每10～30h更換一次,。
" l& P0 L4 k) W/ a8 T抽真空系統(tǒng)一般由機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵和油擴(kuò)散泵兩級(jí)組成。機(jī)械泵先把真空抽至1.3～0.13Pa,。然后擴(kuò)散泵依靠加熱泵中的油所產(chǎn)生的蒸氣高速噴出,，將真空室中殘余氣體從泵進(jìn)口吸入，然后從排氣口排出,。
電子束控制系統(tǒng)包括束流強(qiáng)度控制,、束流聚集控制和束流位置控制。其中束流強(qiáng)度控制是通過在陰極上的負(fù)高壓（50～150kV）來實(shí)現(xiàn)的；束流聚集控制是通過“電磁透鏡”的磁場作用實(shí)現(xiàn)的,；束流位置控制是通過磁偏轉(zhuǎn)控制電子束聚集位置來實(shí)現(xiàn)的,，即通過一定程序改變偏轉(zhuǎn)電壓或電流，使電子束按某種預(yù)設(shè)規(guī)律運(yùn)動(dòng)

我在飛

以前的一個(gè)小資料,，今天又看到,。拿來與大家討論一下。
& j  t8 g# z2 b電子束切割與常見的激光切割,，等離子切割有哪些相同和不同的地方?如果將電子束發(fā)生器的末端鏡片封閉,，內(nèi)部抽真空，把電子束導(dǎo)出,，是否可用于普通金屬的切割,？

鬼魅道長

電子束，激光,，等離子都是高能束流,，一般的說法能量是從高到低排列的，等離子沒接觸過,，電子束和激光不同點(diǎn)有能量轉(zhuǎn)換效率（電子束90~98%,，激光10~20%），環(huán)境（真空,，非真空）,，X射線（有，無）,。一般來說這兩家就國內(nèi)的水平只能切割薄板,，厚了都不行。激光的深寬比很大,，而電子束除了高壓槍（150KV及以上,，焊縫形狀為釘子型）之外，中低壓槍的焊縫形狀都是等腰三角形,，切厚東西很費(fèi)勁,。德國probeam公司有個(gè)電子束打孔技術(shù)，一秒兩千個(gè),，最小孔徑0.02,，據(jù)說密不外傳，帶這種技術(shù)的機(jī)器根本不往外賣,，也不讓人看,，只是在秘密車間里做對(duì)外加工,。
) M5 g: T/ U% H/ }電子槍口的鏡片是磁透鏡，物理上來說就是個(gè)孔�,，F(xiàn)在世界上就美國人能把它封起來,，在槍口噴射高速氦氣流，然后將其電離,，這樣形成的離子流空氣進(jìn)不去,，電子束能出來，和樓上大俠說的情形一樣,。其他國家沒招,，只能是封局部真空，真空室為柔性,，隨電子槍移動(dòng),，用來焊船甲板。我國造不出航母,，就是沒有高壓槍和相應(yīng)條件下的電子束焊接技術(shù),，外國人對(duì)這個(gè)是封鎖的。

我在飛

長驅(qū)鬼魅大俠真是高手!我去年在北航見到電子束熔煉爐,，烏克蘭的,，就很感興趣。它是熔煉飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)耐高溫合金的,。

我在飛

長驅(qū)鬼魅大俠真是高手!我去年在北航見到電子束熔煉爐，烏克蘭的,，就很感興趣,。它是熔煉飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)耐高溫合金的。

鬼魅道長

長驅(qū)鬼魅大俠真是高手!我去年在北航見到電子束熔煉爐,，烏克蘭的,，就很感興趣,。它是熔煉飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)耐高溫合金的。
7 U( ]1 U) Y* }2 O  G; O我在飛 發(fā)表于 2009-8-27 21:29

; Y5 X. W' d+ _5 x% V
我在飛大俠：
實(shí)在對(duì)不起,，最近瑣事纏身,，身心疲憊，把這個(gè)帖子忘干凈了,。

您說的那個(gè)設(shè)備應(yīng)該是烏克蘭巴頓電焊所的,，蘇聯(lián)時(shí)期曾經(jīng)是世界電子束技術(shù)的旗幟，極其輝煌,�,？上Ю厦�子解體后人才大量流失，現(xiàn)在已趕不上德國和美國人,，不過仍然是電子束技術(shù)第一梯隊(duì)的企業(yè),。

既然提到熔煉爐，我大概說說電子束的熱處理工藝吧,。
% g  K3 }9 a% S* ]9 G; D  E7 q* B1 ~電子束熱處理分三種：相變硬化處理,、熔化-凝固與合金化、表面上光,。

3 [2 D8 ]/ D! ^3 V! y相變硬化處理：主要是將高能密的電子束打在金屬表面,，使其迅速上升到奧氏體相變溫度與熔化溫度之間，此時(shí)表面就會(huì)變成奧氏體,。然后切斷電子束,，熱量會(huì)快速擴(kuò)散，冷卻速度會(huì)超過2200℃/S,，完成自行淬火,。這方法弄完后晶粒細(xì)，且比常規(guī)高2~3洛氏硬度,，而且硬化層厚,，速度快。最大的優(yōu)勢,，是變形小,，可以精加工后處理。

. ~; L9 N, h6 m( U2 B$ K熔化-凝固與合金化：主要是用電子束在零件表面掃描,，使其快速熔化后凝固,，弄完后表面質(zhì)量很高，還可消除原有表面缺陷,。含錳,、硅的鑄鐵，表面熔化后和碳化合并凝成馬氏體,，可在五百多高溫下保持高硬度,。要鑄鐵里有鉻和鉬,，那碳化物性能就能更牛些。
$ Z" T$ S; V7 Z  z                           還有一種處理應(yīng)用是做涂層,。將金屬粉末與膠結(jié)劑涂在金屬表面,，電子束轟擊后粉末熔化，兩層金屬就構(gòu)成厚層合金化,，表面就是優(yōu)良性能的合金,。或者涂層要是薄的話,，那電子束轟擊后粉末和基體表層全熔化了,，兩種溶液混合后形成一種新的化學(xué)成分的表層，這叫表面合金化,。這種處理好處就是基體可以用便宜貨做,，然后一處理就變成好東西了。
* h% s4 P+ p- d
* M  d. X- M$ V+ s( l+ x表面上光：對(duì)我來說,，這還是一種傳說中的技術(shù),，所以胡謅兩句，大俠不要見怪 ,。 這種技術(shù)據(jù)說世界還在研究中,，有沒有什么成果就不知道了。大體上就是用極高能密的電子束轟擊金屬表面,，使其在極短時(shí)間內(nèi)熔化薄薄的一層,，大概就是0.025mm，這樣能進(jìn)入基體金屬中的熱能很少,，就形成了液體與固體間極大的溫度梯度,，表層冷凝中相變過程被抑制，形成一種類似玻璃體的非晶態(tài)表層,。致密性極好,，聽說用幾萬倍電子顯微鏡也看不出組織結(jié)構(gòu)�,？垢�蝕,、疲勞性和耐磨性非常高。核心技術(shù)是冷卻速度,，要求達(dá)到10的六次方到八次方攝氏度每秒,。這技術(shù)要能搞出來絕對(duì)是材料學(xué)的革命，不過現(xiàn)在有沒有人弄出來就不知道了,。