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加工中心電子束加工
日期：2010年01月04 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：加工中心
高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能量密度射束，對工件材料進(jìn)行去除加工的特種加工方法的總稱，高能束加工通常指激光加工、加工中心電子束加工和離子束加工。
高能束加工是近幾十年來迅猛發(fā)展的高新技術(shù)之一，主要是指電子束加工、搖臂鉆床離子束加工和激光束加工，又稱“三束加7-'’。近幾年又出現(xiàn)的了高速水射流加工及電液束加工等。“三束加32'’的精度可達(dá)亞微米甚至分子或原子級的尺寸精度。下面簡要介紹電子束、離子束加工的主要應(yīng)用。
(一)電子束加工原理及特點
電子束加工在真空中進(jìn)行，其加工原理。由電子槍射出的高速電子束經(jīng)電磁透鏡聚焦后擊工件表面，在轟擊處形成局部高溫，使材料瞬時熔化和汽化，從而達(dá)到材料去除、連接或改性的目的�？刂齐娮邮芰棵芏鹊拇笮『湍芰孔⑷霑r間，可達(dá)到不同加工目的。如只使材料局部加熱就可進(jìn)行電子束熱處理；使材料局加工中心部熔化就可進(jìn)行電子束焊接；提高電子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可進(jìn)行電搖臂鉆床子束打孔、切割等加工；利用較低能量密度的電子轟擊高分子材料時產(chǎn)生化學(xué)變化的原理，即可進(jìn)行電子束光刻加工。
電子束加工有如下特點：電子束可實現(xiàn)極其微細(xì)的聚焦(可達(dá)0．11xm)，可實現(xiàn)亞微米和毫微米級的精密微細(xì)加工；電子束加工主要靠瞬時熱效應(yīng)，工件不受機(jī)械力作用，因而不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形：加工材料的范圍廣，對高強(qiáng)度、高硬度、高韌性的材料以及導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料均可加工；電子束的能量密度高，如果配合自動控制加工過程，加工效率非常高；每秒鐘可在0．1mm厚的鋼板上加工出3000個直徑為0．2mm的孔；電子束加工在真空中進(jìn)行，污染少，加工表面不易氧化，尤其適合加工易氧化加工中心的金屬及其合金材料，以及純度要求極高的半搖臂鉆床導(dǎo)體材料。
(二)電子束加工的應(yīng)用范圍
電子束加工可用于打孑L、切割、焊接、蝕刻和光刻等。
1．高速打孔
電子束打孔的孔徑范圍為0．02—0．003mm。噴氣發(fā)動機(jī)上的冷卻孔和機(jī)翼吸附屏的孔，徑微小，孔數(shù)巨大，達(dá)數(shù)百萬個，最適宜用電子束打孔。此外，還可以利用電子束在人造革、塑料上高速打孔，以增強(qiáng)其透氣性。
2．加工型孔
為了使人造纖維的透氣性好，更具松軟和富有彈性，人造纖維的噴絲頭型孔往往設(shè)計成各種異型截面，這些異形截面最適合采用電子束加工。
3．加工彎孔和曲面
借助于偏轉(zhuǎn)器磁場的變化，可搖臂鉆床以使電子束在工件內(nèi)部偏轉(zhuǎn)方向，可加工曲面和彎加工中心孔。此外，還可以利用電子束進(jìn)行焊接、切割、刻蝕、表面熱處理和光刻。由于電子束加工的成套設(shè)備價格昂貴，其應(yīng)用受到一定限制。
4．電子束焊接
電子束加工在我國始于20世紀(jì)60年代初，最初用于焊接與打孔。中國科學(xué)院電子研究所、電工研究所和原航天部502所在電子束焊接方面做出了卓有成效的貢獻(xiàn)。例如，中國科學(xué)院電子研究所利用微電子束在光電器件管殼封口、各種精密傳感器焊接及撓性陀螺框軸組件的焊接上均獲得成功。中國科學(xué)院電工研究所試制和生產(chǎn)了一批電子束焊機(jī)，已應(yīng)用于汽車齒輪、機(jī)用鋸條、薄鋼帶等工業(yè)產(chǎn)品的加工中心焊接工藝中。原航天部502所在高溫耐熱合金及某些特殊零件的焊接上，也廣泛采用了電子束焊接技術(shù)。由于電子束焊接需在真空條件下進(jìn)行，受真空室空間大小的限制，工件及其焊接所需工裝夾具的尺寸必須小于真空室允許的尺寸；而且工件放人與取出時，真空室要重新抽真空，輔助時間長，加工成本高，所以電子束焊接的應(yīng)用有一定的局限性。
5．電子束刻蝕
電子束刻蝕是最好的高分辨率圖形制作技術(shù)，在實驗室條件下，特征尺寸最高可達(dá)到2nm，在生產(chǎn)中特征尺寸一般可達(dá)到0．5-1p．m。電子束加工要在真空條件下進(jìn)行，因為在真空環(huán)境中，電子能高速運動，陰搖臂鉆床極不氧化，并可避免加工表面被蒸氣氧化。
電子束刻蝕是利用電子束的化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行的。用功率密度相當(dāng)?shù)偷碾娮邮丈涔ぜ庸ぶ行谋砻妫?幾乎不會引起表面溫升，入射的電子與高分子材料的分子相碰撞時，會使其分子鏈斷開或重新聚合，從而引起高分子材料的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。利用這種效應(yīng)，可以進(jìn)行電子束曝光。曝光主要有兩種：①電子束掃描型，將聚焦在11xm以內(nèi)的電子束在大約0．5—5mm范圍內(nèi)掃描，可以曝光出任意圖形；②縮小投影型電子搖臂鉆床束曝光，使電子束先通過掩膜板，再按1／5—1／10的比例縮小后，投影到電子束刻蝕劑上進(jìn)行大規(guī)模集成電路圖形曝光。
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