technologie voor verwerking met elektronenbundels

De principes, kenmerken en toepassingen van elektronenbundeltechnologie. Definitie van microfijne verwerking met hoogenergetische stralen. Een hoogenergetische bundel verwijst meestal naar een bundel met een hoge energiedichtheid, zoals een laserstraal, elektronenbundel, plasmastraal en ionenbundel. Technologie voor het verwerken van hoogenergetische stralen verwijst naar het gebruik van hoogenergetische stralen voor het vervaardigen en verwerken van materialen of componenten, waaronder lassen, additieve vervaardiging en oppervlaktetechniek. Microfijne verwerkingstechnologie met hoogenergetische bundels is een geavanceerde microfabricagetechniek die gebruik maakt van hoogenergetische bundels om verhitting, smelten, verdamping, plasma en andere fysische verschijnselen in materialen te induceren voor bijvoorbeeld materiaalverwijdering, verbinding, groei en modificatie. Omdat hoogenergetische bundels kunnen worden gefocusseerd op extreem kleine afmetingen, met bundeldiameters variërend van 100 nm tot 0,1 μm, en een verwerkingsnauwkeurigheid op nanometerniveau bereiken, is het een methode voor ultrafijne verwerking.

Verwerkingstechnologie met elektronenbundels

1. Principes van elektronenbundelbewerking.

Elektronenbundelbewerking verwijst naar de emissie van een elektronenbundel uit een verwarmde kathode onder vacuümomstandigheden. De negatief geladen elektronenbundel vliegt naar de anode, versnelt door een versnellingselektrode en wordt gefocusseerd door elektromagnetische lenzen. Dit resulteert in een zeer geconcentreerde energiedichtheid, waarbij de energie wordt geconcentreerd in spots met diameters van 0,1 tot 10 μm, waardoor energiedichtheden van 10^6 tot 10^9 W/cm² worden bereikt. De impact met hoge snelheid op het oppervlak van het werkstuk zet een groot deel van de energie binnen extreem korte tijd om in warmte, waardoor de temperatuur van het getroffen materiaal stijgt tot duizenden graden Celsius, wat smelt en verdamping veroorzaakt. Het afvalmateriaal dat tijdens de inslag ontstaat, wordt door het vacuümsysteem afgevoerd.

Onze fabriek business: carbide onderdelen, schimmel onderdelen, medische spuitgietmatrijzen, precisie spuitgietmatrijzen, teflon PFA spuitgieten, PFA buismontage. e-mail: [email protected],whatsapp:+8613302615729.

1.1 Principe van elektronenbundelbewerking.

Figuur 1.2 illustreert verschillende bewerkingstechnieken die gebruik maken van de thermische effecten van elektronenbundels. Figuur 1.2(a) geeft aan dat bij bestraling met lage vermogensdichtheid de verzadigingstemperatuur van het centrale deel van de elektronenbundel dicht bij de smelttemperatuur ligt. Op dit punt is de verdamping langzaam en de smeltput groot, waardoor het geschikt is voor oppervlaktebehandeling met elektronenbundels om de hardheid en sterkte van oppervlakken te verbeteren. Figuur 1.2(b) verwijst naar het fenomeen van smelten, verdamping en verdamping bij bestraling met gemiddelde vermogensdichtheid. Als het materiaal transparant is, kunnen enkele belachtige structuren worden waargenomen, die na bestraling in hun oorspronkelijke staat stollen. Bestraling met gemiddelde vermogensdichtheid kan worden gebruikt voor elektronenbundellassen. Figuur 1.2(c) verwijst naar het principe van elektronenbundelboren bij bestraling met hoge vermogensdichtheid. De verzadigingstemperatuur van het centrale deel van de elektronenbundel is veel hoger dan de verdampingstemperatuur. Omdat de druk binnenin de bellen groter is dan de oppervlaktespanning van de gesmolten laag, wordt het materiaal uit de ingang van de elektronenbundel gedreven en effectief verwerkt in de diepterichting. Dit is het principe van elektronenbundelboren. Voor algemene metalen materialen is een vermogensdichtheid van 10^6 tot 10^9 W/cm² vereist. Naast boren en groeven maken, kunnen elektronenbundels met hoge vermogensdichtheid ook worden gebruikt voor de productie van dunne-filmcomponenten in geïntegreerde schakelingen door verdamping toe te passen om hoogzuivere depositiefilms te verkrijgen.

1.2 Verwerking met elektronenbundels.

2. Kenmerken en toepassingen van elektronenbundeltechnologie.

1. Elektronenbundels hebben een kleine diameter. Elektronenbundels kunnen zeer klein worden gefocusseerd, met een diameter die zelfs tot 0,01 μm kan worden gefocusseerd. De lengte van de elektronenbundel kan tientallen keren de diameter zijn, waardoor deze geschikt is voor diepgatbewerking en microfijne bewerking.
2. Elektronenbundels hebben een hoge energiedichtheid. Wanneer de elektronenbundel wordt gericht op een punt met een diameter van enkele micrometers, kan de energiedichtheid oplopen tot 10^9 W/cm², voldoende om elk materiaal te smelten en te verdampen.
3. Hoge productie-efficiëntie. Door de hoge energiedichtheid en energiebenuttingsefficiëntie van elektronenbundels is de verwerkingstijd voor werkstukken van verschillende materialen en gatmaten over het algemeen slechts enkele tientallen seconden, zelfs voor werkstukken met een dikte van ongeveer 5 mm.
4. Breed scala aan materialen voor verwerking. De verwerking met elektronenbundels is afhankelijk van thermische en chemische effecten. Het thermische invloedsgebied kan zeer klein zijn en de verwerking wordt uitgevoerd onder vacuümomstandigheden, waardoor een hoge chemische zuiverheid op de plaats van verwerking wordt gegarandeerd. Daarom is het geschikt voor het verwerken van verschillende harde, brosse, kneedbare metalen en niet-metalen materialen, hittegevoelige materialen, oxideerbare metalen en legeringen, hoogzuivere halfgeleidermaterialen, enz.
5. Minimale vervorming van het werkstuk. Elektronenbundelbewerking is een contactloze bewerkingsmethode. Tijdens de bewerking is er geen duidelijke mechanische snijkracht tussen het gereedschap en het werkstuk, wat resulteert in minimale macroscopische spanning en vervorming. Het is geschikt voor het bewerken van gemakkelijk vervormbare onderdelen.
6. Eenvoudige automatisering. Elektronenbundels kunnen snel en nauwkeurig geregeld worden in termen van intensiteit, bundeldiameter en positie via magnetische of elektrische velden, waardoor een hoge mate van automatisering mogelijk is. Het is geschikt voor het bewerken van ronde gaten, onregelmatige gaten, blinde gaten, conische gaten en complexe driedimensionale structuren.

De toepassingen van elektronenstraalverwerkingstechnologie zijn divers en omvatten.

1. Lassen met elektronenbundels: Elektronenbundels kunnen worden gebruikt voor zeer nauwkeurig lassen van verschillende materialen, waaronder metalen, legeringen en ongelijksoortige materialen. Het wordt veel gebruikt in industrieën zoals de auto-industrie, luchtvaart en elektronica.
2. Boren met elektronenbundels: Elektronenbundels kunnen precieze gaten boren in materialen zoals metalen, keramiek en halfgeleiders. Het wordt gebruikt in toepassingen zoals brandstofinjectiesproeiers, koelgaten in turbineschoepen en microfluïdische apparaten.
3. Oppervlaktebehandeling met elektronenbundels: Elektronenbundels kunnen de oppervlakte-eigenschappen van materialen wijzigen, zoals het verbeteren van de hardheid, slijtvastheid of corrosiebestendigheid. Het wordt gebruikt in toepassingen zoals de productie van gereedschappen en matrijzen, oppervlakteharden van componenten en afzetting van coatings.
4. Elektronenbundel additief produceren (EBAM): Elektronenbundels kunnen worden gebruikt in additieve productieprocessen om metaalpoeders laag voor laag te smelten en te stollen, waardoor complexe driedimensionale structuren ontstaan. EBAM wordt gebruikt voor snelle prototyping, productie van componenten op maat en in de ruimtevaart en medische industrie.
5. Elektronenbundellithografie: Elektronenbundels kunnen gebruikt worden in nanolithografie om patronen en structuren te creëren op halfgeleiderwafers of andere substraten met hoge precisie. Het is een sleuteltechnologie in halfgeleiderfabricage en nanotechnologisch onderzoek.
6. Elektronenbundelbewerking: Elektronenbundels kunnen worden gebruikt voor precisiebewerking van materialen, zoals snijden, groeven maken en vormen. Het wordt gebruikt in toepassingen waar hoge nauwkeurigheid en fijne details vereist zijn, zoals micro-elektronica en micro-optica.

Voordelen:

1. Hoge precisie: Microfijne verwerkingstechnologie met hoogenergetische bundels kan een bewerkingsnauwkeurigheid op nanometerniveau bereiken, waardoor de fabricage van ingewikkelde structuren en vormen mogelijk wordt.
2. Kleine warmte-beïnvloede zone: De gefocuste aard van hoogenergetische bundels zorgt voor plaatselijke verwarming en minimale thermische verspreiding, waardoor de warmte-beïnvloede zone wordt verkleind en materiaalvervorming of -beschadiging wordt geminimaliseerd.
3. Veelzijdigheid: Microfijne verwerking met hoogenergetische bundels kan worden toegepast op een groot aantal materialen, waaronder metalen, keramiek, halfgeleiders en polymeren.
4. Contactloos bewerken: De contactloze aard van het verwerken met hoogenergetische bundels minimaliseert slijtage aan gereedschap en maakt het mogelijk om delicate of kwetsbare materialen te verwerken.
5. Hoge verwerkingssnelheid: Hoog-energetische bundels kunnen in korte tijd een grote hoeveelheid energie afgeven aan het werkstuk, wat resulteert in hoge verwerkingssnelheden en een hoge productie-efficiëntie.

Beperkingen:

1. Complexiteit en kosten van de apparatuur: De apparatuur die nodig is voor het verwerken van microfijne hoogenergetische bundels kan complex en duur zijn, waardoor het minder toegankelijk is voor kleinschalige bewerkingen.
2. Veiligheidsoverwegingen: Hoog-energetische bundels kunnen veiligheidsrisico's met zich meebrengen, waardoor passende veiligheidsmaatregelen en gecontroleerde omgevingen nodig zijn om de veiligheid van de operator en de apparatuur te garanderen.
3. Beperkte verwerkingsdiepte: De verwerkingsdiepte bij het verwerken van microfijne hoogenergetische bundels is meestal beperkt vanwege de energieabsorptiekenmerken van materialen, wat de toepasbaarheid voor bepaalde toepassingen kan beperken.
4. Materiaalbeperkingen: Hoewel de verwerking van microfijne hoogenergetische bundels kan worden toegepast op een breed scala aan materialen, kunnen de effectiviteit en haalbaarheid variëren afhankelijk van de specifieke materiaaleigenschappen en kenmerken.

In het algemeen biedt de technologie voor het verwerken van microfijne hoogenergetische bundels, zoals elektronenbundels, een krachtige en nauwkeurige methode voor het vervaardigen en verwerken van materialen met toepassingen in verschillende industrieën. Het vermogen om verwerking op micro- en nanoschaal te bereiken opent nieuwe mogelijkheden voor geavanceerde productie, miniaturisatie en toepassingen met hoge precisie.