先進(jìn)成形與智能技術(shù) 課件 第六章-高能束流加工

6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2高能束流加工概述電子束加工激光加工離子束加工高能束流加工是一種利用高能粒子束（如電子束、離子束）或高能光束（如激光束）對材料進(jìn)行加工的技術(shù)該技術(shù)通過高能束流與材料的相互作用，在微觀層面改變材料的組織結(jié)構(gòu)和性能，從而實現(xiàn)對材料形狀、尺寸及表面性能等的精確控制在真空中利用加速聚焦的電子束高速沖擊工件表面，通過熱效應(yīng)或輻射效應(yīng)實現(xiàn)特定工藝目的的技術(shù)。通過光熱效應(yīng)引發(fā)高溫熔融及沖擊波共同作用的綜合加工過程。利用高速離子束實現(xiàn)材料表面的精確去除、改性或處理的加工技術(shù)。6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.1電子束加工1.電子束加工的基本原理能量密度大小注入時間不同的加工目的1-電子槍2-聚焦系統(tǒng)3-電子束4-工件5-電源及控制系統(tǒng)6-真空系統(tǒng)在真空條件下，電子束通過電子槍加速、聚焦后，以極高的速度沖擊到工件表面的微小部位，導(dǎo)致材料局部熔化或蒸發(fā)，從而實現(xiàn)對材料的加工。6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.1電子束加工2.電子束加工的設(shè)備及工藝特點工藝特點束斑極小能量密度高工件變形小生產(chǎn)率高可控性好無污染成本高1-工作臺系統(tǒng)2-偏轉(zhuǎn)線圈3-電磁透鏡4-光闌5-加速陽極6-控制柵極7-發(fā)射電子的陰極8-光學(xué)觀察系統(tǒng)9-帶窗真空室門10-工件6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.1電子束加工3.電子束加工的應(yīng)用加工的應(yīng)用高速打孔熱處理電子束光刻6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.2激光加工1.激光加工的基本原理激光加工是一種重要的高能束流加工方法，利用光熱效應(yīng)產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波進(jìn)行加工。1-電源2-激光器3-透鏡4-平面鏡5-聚焦鏡6-工件7-機械系統(tǒng)6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.2激光加工2.激光加工的設(shè)備及工藝特點基本設(shè)備包括激光器電源光學(xué)系統(tǒng)機械系統(tǒng)常用的激光器按激活介質(zhì)種類固體激光器氣體激光器工藝特點適應(yīng)性強加工效率高加工質(zhì)量好綜合效益高6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.1激光加工3.激光加工的應(yīng)用激光加工的應(yīng)用極其廣泛在打孔、切割、焊接以表面淬火、沖擊強化、表面合金化、表面融覆等表面處理的眾多加工領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用激光打孔激光切割激光切割以其切割范圍廣、切割速度高、切縫質(zhì)量好、熱影響區(qū)小、加工柔性大等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，是激光加工技術(shù)中最為成熟的技術(shù)之一是最早達(dá)到實用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要領(lǐng)域之一，利用激光幾乎可在任何材料上打微型小孔激光焊接用激光作為熱源對材料進(jìn)行加熱，使材料熔化而連接6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.3離子束加工1.離子束加工的基本原理在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過加速聚焦，利用產(chǎn)生高能離子束流射到材料表面，使材料發(fā)生變形、破壞、分離，從而實現(xiàn)加工。離子束加工的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。a）離子刻蝕b）濺射沉積c）離子鍍d）離子注入6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.3離子束加工2.離子束加工的設(shè)備及工藝特點離子束加工裝置與電子束加工裝置類似，也包括離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等部分。主要的不同部分是離子源系統(tǒng)。離子源用以產(chǎn)生離子束流。使原子電離的辦法是把要電離的氣態(tài)原子注入電離室，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。用一個相對于等離子體具有負(fù)電位的電極，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和雙等離子體型離子源。6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.3離子束加工2.離子束加工的設(shè)備及工藝特點考夫曼型離子源示意圖雙等離子體型離子源示意圖1-真空抽氣口2-燈絲3-惰性氣體注入口4-電磁線圈5-離子束流6-工件7-陰極8-引出電極9-陽極10-電離室1-加工室2-離子槍3-陰極4-中間電極5-電磁鐵6-陽極7-控制電極8-引出電極9-離子束10-靜電透鏡11-工件6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.3離子束加工2.離子束加工的設(shè)備及工藝特點優(yōu)點缺點尺寸精度高污染少加工應(yīng)力小成本較高加工效率底應(yīng)用范圍有一定限制6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.2.3離子束加工3.離子束加工的應(yīng)用加工的應(yīng)用刻蝕加工鍍膜加工離子注入加工離子刻蝕是從工件上去除材料，是一個撞擊濺射過程。離子鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種。離子注入是向工件表面直接注入離子，它不受熱力學(xué)限制，可以注入任何離子，且注入量可以精確控制。6.2高能束流加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建