电子束加工的优缺点及特点

图9-8　电子束加工原理示意图

1.电子束加工原理

在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子射线聚集（一次或二次聚焦）到被加工材料上，电子的动能大部分转变为热能，使被冲击部分材料的温度升高至熔点，瞬时熔化、汽化及蒸发而去除，达到加工目的。其原理如图9-8所示。

2.电子束加工的特点是：

（1）由于在极小的面积上具有高能量（能量密度可达106～109W/cm），故可加工微孔、窄缝等，其生产率比电火花加工高数十倍至数百倍。此外，还可利用电子束焊接高熔点金属和用其他方法难以焊接的金属以及用电子炉生产高熔点、高质量的合金及金属。

（2）加工中电子束的压力很微小，主要是靠瞬时蒸发，所以工件产生的应力及应变均甚小。

（3）电子束加工是在真空度为1.33×10-1～1.33×10-3 Pa的真空加工室中进行的，加工表面无杂质渗入，不氧化，加工材料范围广泛，特别适宜加工易氧化的金属和合金材料以及纯度要求高的半导体材料。

（4）电子束的强度和位置比较容易用电、磁的方法实现控制，加工过程容易实现自动化，可进行程序控制和仿形加工。(www.xing528.com)

电子束加工也有一定的局限性，一般只用于加工微孔、窄缝及微小的特形表面，而且因为它需要有真空设施及数万伏的高压系统，故设备价格较贵。

3.电子束加工装置

电子束加工装置的基本结构由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。

（1）电子枪。这是获得电子束的核心部件，由电子发射阴极、控制栅极和加速阳极等组成。发射阴极用钨或钽制成，在加热状态下可发射大量电子。控制栅极为一中间有孔的圆筒件，其上加以较阴极为负的偏压，其作用既能控制电子束的强度，又具有初步聚焦作用。加速阳极通常接地，为了使电子流得到更大的加速运动，常在阴极上施加很高的负电压。

（2）真空系统。只有在高真空室内才能实现电子的高速运动，防止发射阴极及工件表面被氧化，需要真空系统经常保证电子束加工系统的高真空度要求，一般真空度为1.33×10-2～1.33×104Pa。

（3）控制系统。其主要作用是控制电子束聚焦直径、束流强度、束流位置和工作台位置。电子束经过聚焦而成为很细的束斑，它决定着加工点的孔径或缝宽大小。聚焦方法有利用高压静电场聚焦和“电磁透镜”聚焦两种方法。束流位置控制可采用磁偏转和静电偏转，但偏转距离只能在数毫米范围内，所以在加工大面积工件时，还需要控制工作台精密位移，与电子束偏转运动相配合来实现加工位置控制。