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加工中心电子束加工
日期：2010年01月04 来源：沈阳第一机床厂 关键字：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，对工件材料进行去除加工的特种加工方法的总称，高能束加工通常指激光加工、加工中心电子束加工和离子束加工。
高能束加工是近几十年来迅猛发展的高新技术之一，主要是指电子束加工、摇臂钻床离子束加工和激光束加工，又称“三束加7-'’。近几年又出现的了高速水射流加工及电液束加工等。“三束加32'’的精度可达亚微米甚至分子或原子级的尺寸精度。下面简要介绍电子束、离子束加工的主要应用。
(一)电子束加工原理及特点
电子束加工在真空中进行，其加工原理。由电子枪射出的高速电子束经电磁透镜聚焦后击工件表面，在轰击处形成局部高温，使材料瞬时熔化和汽化，从而达到材料去除、连接或改性的目的。控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，可达到不同加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局加工中心部熔化就可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可进行电摇臂钻床子束打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。
电子束加工有如下特点：电子束可实现极其微细的聚焦(可达0．11xm)，可实现亚微米和毫微米级的精密微细加工；电子束加工主要靠瞬时热效应，工件不受机械力作用，因而不产生宏观应力和变形：加工材料的范围广，对高强度、高硬度、高韧性的材料以及导体、半导体和非导体材料均可加工；电子束的能量密度高，如果配合自动控制加工过程，加工效率非常高；每秒钟可在0．1mm厚的钢板上加工出3000个直径为0．2mm的孔；电子束加工在真空中进行，污染少，加工表面不易氧化，尤其适合加工易氧化加工中心的金属及其合金材料，以及纯度要求极高的半摇臂钻床导体材料。
(二)电子束加工的应用范围
电子束加工可用于打孑L、切割、焊接、蚀刻和光刻等。
1．高速打孔
电子束打孔的孔径范围为0．02—0．003mm。喷气发动机上的冷却孔和机翼吸附屏的孔，径微小，孔数巨大，达数百万个，最适宜用电子束打孔。此外，还可以利用电子束在人造革、塑料上高速打孔，以增强其透气性。
2．加工型孔
为了使人造纤维的透气性好，更具松软和富有弹性，人造纤维的喷丝头型孔往往设计成各种异型截面，这些异形截面最适合采用电子束加工。
3．加工弯孔和曲面
借助于偏转器磁场的变化，可摇臂钻床以使电子束在工件内部偏转方向，可加工曲面和弯加工中心孔。此外，还可以利用电子束进行焊接、切割、刻蚀、表面热处理和光刻。由于电子束加工的成套设备价格昂贵，其应用受到一定限制。
4．电子束焊接
电子束加工在我国始于20世纪60年代初，最初用于焊接与打孔。中国科学院电子研究所、电工研究所和原航天部502所在电子束焊接方面做出了卓有成效的贡献。例如，中国科学院电子研究所利用微电子束在光电器件管壳封口、各种精密传感器焊接及挠性陀螺框轴组件的焊接上均获得成功。中国科学院电工研究所试制和生产了一批电子束焊机，已应用于汽车齿轮、机用锯条、薄钢带等工业产品的加工中心焊接工艺中。原航天部502所在高温耐热合金及某些特殊零件的焊接上，也广泛采用了电子束焊接技术。由于电子束焊接需在真空条件下进行，受真空室空间大小的限制，工件及其焊接所需工装夹具的尺寸必须小于真空室允许的尺寸；而且工件放人与取出时，真空室要重新抽真空，辅助时间长，加工成本高，所以电子束焊接的应用有一定的局限性。
5．电子束刻蚀
电子束刻蚀是最好的高分辨率图形制作技术，在实验室条件下，特征尺寸最高可达到2nm，在生产中特征尺寸一般可达到0．5-1p．m。电子束加工要在真空条件下进行，因为在真空环境中，电子能高速运动，阴摇臂钻床极不氧化，并可避免加工表面被蒸气氧化。
电子束刻蚀是利用电子束的化学效应进行的。用功率密度相当低的电子束照射工件加工中心表面， 几乎不会引起表面温升，入射的电子与高分子材料的分子相碰撞时，会使其分子链断开或重新聚合，从而引起高分子材料的化学性质发生改变。利用这种效应，可以进行电子束曝光。曝光主要有两种：①电子束扫描型，将聚焦在11xm以内的电子束在大约0．5—5mm范围内扫描，可以曝光出任意图形；②缩小投影型电子摇臂钻床束曝光，使电子束先通过掩膜板，再按1／5—1／10的比例缩小后，投影到电子束刻蚀剂上进行大规模集成电路图形曝光。
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