电子束加工(EBM) -介绍

电子束加工是在加工过程中用于金属去除的一种热加工方法。在电子束加工中，利用电能产生高能量的电子。在电子束加工过程中，高速聚焦的电子束被用来从工件上去除金属。这些电子的运动速度是光速的一半，即1.6 × 10∧8 m / s，这一过程最适合于材料的微切割。

在这篇文章中，我们将看到电子束加工的原理，结构，工作，图，工艺参数，EBM工艺的优点，缺点。EBM过程有几个重要的应用，后面将加以说明。

循证医学的原则:

当高速电子束撞击工件时，其动能转化为热能。集中的热量会提高工件材料的温度和蒸发它的少量，导致材料从工件上去除。

循证医学过程的类型:

在EBM过程中使用了以下两种方法。
1.在真空室内加工。
2.真空室外加工。

电子束加工的结构和工作:

(真空室内部加工)

EBM的构建:

• 电子束加工(EBM)的原理图如图所示。
• 它由电子枪、膜片、聚焦透镜、偏转线圈、工作台等组成。
• 为了避免加速的电子与空气分子碰撞，需要真空。所以，整个EBM的设置是
  封闭在真空室中，它携带10-5到IO-6毫米汞的真空。这个房间有一个门，通过这个门工件被放置在桌子上。然后，门被关闭并密封。
• 电子枪负责发射电子，它由以下三个主要部分组成。

1.钨丝。它连接到直流电源的负极，充当阴极。

2.网格杯-它与灯丝呈负相关。

3.阳极,连接到直流电源的正极。

• 聚焦透镜用于将电子聚焦在一点上，并将电子束缩小到直径为0.01至0.02毫米的横截面积。
• 电磁偏转线圈用于使电子束偏转到工件上的不同点。它也可以用来控制切割的路径。

循证医学图:

EBM的工作:

• 当高压直流源给电子枪时，钨丝加热，温度上升到2500℃。
• 由于这种高温，电子从钨丝中发射出来。这些电子在栅极杯的引导下向下运动，并被阳极吸引。
• 通过阳极的电子在阳极上施加50到200千伏的电压，加速以达到光速一半的速度(即1.6 x 10 ^8 m /s)。
• 这些电子的高速一直保持到它们撞击工件。它之所以成为可能是因为电子
  穿过真空。
• 高速电子束离开阳极后，通过钨膜片，然后通过电磁聚焦透镜。
• 聚焦透镜用于将电子束聚焦在工件所需的点上。
• 当电子束冲击工件表面时，高速电子的动能立即转化为热能。这种高强度的热量融化和蒸发在光束撞击点的工作材料。
• 由于功率密度非常高(约6500亿瓦特/毫米^2)，只需几微秒就能熔化和气化材料。
• 这一过程是在持续时间短的重复脉冲中进行的。脉冲频率范围从1到16000赫兹，持续时间范围从4到65000微秒。
• 通过交替聚焦和关闭电子束，只要需要，切割过程就可以继续进行。
• 一种合适的观察装置总是与机器结合在一起。这样，操作人员就可以很容易地观察加工过程。

真空室外加工:

由于全真空系统的成本较高，最近的发展使得在真空室之外进行机器成为可能。在这种安排下，电子枪内部保持必要的真空，气体一进入系统就被清除。

工艺参数:

对梁强度和金属去除率有显著影响的参数如下:

1.当前的控制。- - - - - -

2.光斑直径控制。

3.控制磁透镜的焦距。

循证医学过程的特点:

加速电压	: 50至200千伏
电子束电流	: 100 ~ 1000µA
电子速度	: 1.6 x 10^8米/秒
功率密度	: 6500亿W/mm^2
媒介	:真空(10^-5至10^-6毫米汞柱)
工件材料	:所有材料
深度削减	:最大6.5毫米
材料去除率	:高达40毫米^3 / s
具体的功耗	: 0.5至50 kW

EBM的优势:

电子束加工具有以下优点:

1. 这是一种极好的微精加工工艺(毫克/秒)。
2. 非常小的孔可以加工在任何类型的材料，以高精度。
3. 可以加工不同尺寸和形状的孔。
4. 刀具与工件之间没有机械接触。
5. 这是一个更快的过程。较硬的材料也可以以比传统加工更快的速度进行加工。
6. 可以加工导电材料
7. 对工件的物理和冶金损伤非常小。
8. 这个过程可以很容易地自动化。
9. 获得了非常接近的公差。
10. 易碎材料可以加工。

循证医学的缺点:循证医学的局限性

1. 金属的去除率非常慢。
2. 设备的成本很高。
3. 不适合大型工件。
4. 操作这台机器需要熟练的操作人员。
5. 高比能耗。
6. 小孔上产生的小锥度。
7. 对真空的要求限制了工件的尺寸。
8. 只适用于薄材料。
9. 在电子束击中材料的地方，表面会出现少量的重铸和金属飞溅。之后必须用研磨剂清洗。
10. 它不适合生产完美的圆柱形深孔。

循证医学的应用:

1. EBM主要用于薄材料的微加工。这些操作包括钻孔、打孔、开槽和划线等。
2. 用于核反应堆、飞机发动机等的压差装置的钻孔。
3. 用于从孔中取出破碎的小龙头。
4. 细孔、拉丝模具、电子显微镜零件、柴油机喷油器等的微钻作业(最高可达0.002毫米)。
5. 一种被称为“电子束光刻”的微加工技术正被用于制造场发射阴极、集成电路和计算机存储器。
6. 特别适用于加工导热系数低、熔点高的材料。

循证医学问答:

1.阐述循证医学的工作原理。

当高速电子束撞击工件时，其动能转化为热能。集中的热量会提高
工作材料的温度和蒸发它的少量，导致金属从工件上去除。

2.解释为什么EBM过程通常在真空室中进行。

1.避免加速的电子与空气分子碰撞。
2.保护阴极免受化学污染和热损失。
3.防止了电子之间电弧放电的可能性。

3.说出两种聚焦电子束的方法。

1.电磁聚焦。
2.静电聚焦。

4.4.为什么为电子束加工提供偏转线圈?

电磁偏转线圈用于偏转电子束到工件上的不同点。它也可以用来控制切割的路径。

参考:https://nptel.ac.in/content/storage2/courses/112105127/pdf/LM-40.pdf

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