第七章 电子束加工
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后者比较安全可靠。所谓电磁透镜，实际上为一电磁线圈，通电后 它产生的轴向磁场与电子束中心线相平行，端面的径向磁场则与中 心线相垂直。根据左手定则，电子束在前进运动中切割径向磁场时 将产生圆周运动，而在圆周运动时在轴向磁场中又将产生径向运动， 所以实际上每个电子的合成运动为一半径愈来愈小的空间螺旋线而 聚焦交于一点。根据电子光学的原理，为了消除像差和获得更细的 焦点，常再进行第二次聚焦。
EB
UP
Anzahl der Lagen:
1
157
Schweißzeit pro Meter: Min.
8,3 Min. 314
Maschinenstundensatz €
Großkammeranlage, 630 m³ Kammeranlage, 20 m³
800,- € 250,- €
100,-
Maschinennebenzeit:
0
Min.
-Großkammeranlage, 630 m³
5 Min.
-Kammeranlage, 20 m³
20 Min.
Nebenzeit für Auf- und Abspannen
auf der Maschine (geschätzt)
30
Min.
-Großkammeranlage, 630 m³
⑹价格较贵，生产应用有一定局限性。 电子束加工需要一套专用设备和真空系统
第二节 电子束加工装置
电子束加工装置： 电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组 成。 ⒈电子枪 ⒉真空系统 ⒊控制系统和电源
第二节 电子束加工装置
⒈电子枪： 电子枪是获得电子的装置。 电子发射阴极、控制栅极和加速阳极等。 阴极经电流加热发射电子，带负电荷的电子高速飞向带高电位的阳极，在飞
elektromagnetische Linse
Ablenkspulen
EB- Generator von pro-beam
第二节 电子束加工装置
控制栅极：中间有孔的圆筒形，其上加以较阴极为负的 偏压，既能控制电子束的强弱，又有初步的聚焦作用。 加速阳极接地， 阴极为很高的负电压。
第二节 电子束加工装置
2-Kammerschleusenanlage zum EB- Schweißen von Raumfahrtkomponenten.
第三节 电子束加工的应用
第七章 电子束加工
电子束加工： 精密微细加工，微电子学领域中得到较多的应用。 打孔、焊接、热处理等热加工 电子束光刻化学加工
第九章 电子束加工
第一节 电子束加工的原理和特点 第二节 电子束加工装置 第三节 电子束加工的应用
第一节 电子束加工的原理和特点
⒈电子束加工的原理 ⒉电子束加工的特点
第一节 电子束加工的原理和特点
第二节 电子束加工装置
⒊控制系统和电源：
控制系统：
束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。
①束流聚焦控制：提高电子束的能量密度，使电子束聚焦成很小的束斑， 它基本上决定着加工点的孔径或缝宽。
聚焦方法有两种：
一种是利用高压静电场使电子流聚焦成细束；
另一种是利用“电磁透镜”靠磁场聚焦。
Beispiel: Schweißnaht in TiAl6V4
Light Optical Process Observation
material: 5mm steel
current welding: 0-50mA
oscillation:
2kHz 1mm circular
field of view: 8x11mm observation: off axis by 10° (from down)
料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。 电子束能量密度高，使照射部分的温度超过材料的融化和气化温度，去除材料 主要靠瞬时蒸发。 ⑶加工生产率很高 电子束的能量密度高，每秒钟可以在2.5㎜厚的钢板上加工50个直径为0.4㎜的孔。 ⑷整个加工过程便于实现自动化 可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制。 在电子束爆光中，从加工位置找准到加工图形的扫描，都可实现自动化。 在电子束打孔和切割时，可以通过电气控制加工异形孔，实现曲面弧形切割等。 ⑸加工表面不会氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求 极高的半导体材料。 电子束加工是在真空中进行，污染少。
第二节 电子束加工装置
②束流位置控制：改变电子束的方向，常用电磁偏转来控制电子束 焦点的位置。 如果使偏转电压或电流按一定程序变化，电子束焦点便按预定 的轨迹运动。 ③工作台位移控制：在加工过程中控制工作台的位置。 因为电子束的偏转距离只能在数毫米之内，过大将增加像差 和影响线性，因此在大面积加工时需要用伺服电动机控制工作台 移动，并与电子束的偏转相配合。
向阳极的过程中，经过加速极加速，又通过电磁透镜把电子束聚焦成很 小的束斑。 发射阴极：钨或钽 小功率：丝状 大功率：块状
第二节 电子束加工装置
Elektronenstrahl- Erzeugung
Aufbau EB- Generator Kathodenträger Kathode Wehneltelektrode Anode Zentrierspule Stigmatoren
第一节 电子束加工的原理和特点
第一节 电子束加工的原理和特点
第一节 电子束加工的原理和特点
⒈电子束加工的原理： 电子束加工是在真空条件
下，利用聚焦后能量密度极 高（106～109W/㎝2）的电子 束，以极高的速度冲击到工 件表面极小面积上，在极短 的时间（几分之一微秒）内， 其能量的大部分转变为热能， 使被冲击部分的工件材料达 到几千摄氏度以上的高温， 从而引起材料局部熔化和气 化，被真空系统抽走。
Merkmale des EB-Schweißens:
•Tiefschweißeffekt •Geringster spezifischer Wärmeeintrag •Geringer Verzug •Schweißen versch. Werkstoffkombinationen •Schweißen am Ende der Fertigungskette
第一节 电子束加工的原理和特点
第一节 电子束加工的原理和特点
控制电子束能量密度的大小和能量注入，就可以达到不同的加 工目的。
⑴电子束热处理： 只使材料局部加热就可进行电子束热处理
⑵电子束焊接： 使材料局部熔化就可进行电子束焊接
⑶电子束打孔、切割等加工： 提高电子束能量密度，使材料熔化和气化就可进行电子束
Tiefschweißung
Bei Tiefschweißungen wird der Vorteil des Elektronenstrahlschweißens z.B. gegenüber dem Unterpulver- Engspaltschweißen besonders deutlich.....
⑵电源： 电子束加工装置对电源电压的稳定性要求较高，常用稳压设备， 这是因为电子束聚焦以及阴极的发射强度与电压波动有密切关系。
第三节 电子束加工的应用
电子束加工按其功率密度和能 量注入时间的不同，可用于 打孔、切割、 蚀刻 焊接 热处理 光刻加工等。
第三节 电子束加工的应用
⒈高速打孔 ⒉加工型孔及特殊表面
第三节 电子束加工的应用
120 mm- Schweißung in S 355 Tulpennaht – 72 Schweißlagen
145 mm- EB- Schweißnaht in Werkstoff S 355 1 Schweißlage
Wirtschaftlicher Vergleich EB/UP bei 150 mm
entfällt
-Kammeranlage, 20 m³
30 Min
ca. € 35,- bis €110,je Meter Naht
ca. € 550,je Meter Naht (ohne ZWSt.)
Elektronenstrahl- Schweißen
Vergleich Schmelzflächen EB – LB (Wärmeeintrag).
Elektronenstrahl- Prozesskontrolle
Automatische Strahlpositionierung.
Ablenksteuerung
Stufe 1
AblenkVerstärker
Stufe 2
Abtaste n der Naht
Positionskorrektur
Schmelzfläche S [mm²]
6
5
Laserstrahl Elektronenstrahl
4
3
2
1
0 25CrMo4
X6 CrNiTi1810
V = 20 mm/s S = 3 mm
St 52-3
Laserstrahl
Elektronenstrahl
St 37-3 V = 20 mm/s
⒉真空系统： ⑴真空系统作用： ①保证在电子束加工时维持1.33×10－2～1.33×10－4Pa的真
空度 只有在高真空中，电子才能高速运动。
②不断地把加工中产生的金属蒸汽抽出去 加工时的金属蒸汽会影响电子发射，产生不稳定现象。
⑵真空系统的组成： 机械旋转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两级组成。 机械旋转泵把真空室抽至1.4～0.14Pa 油扩散泵或涡轮分子泵抽至0.014～0.00014Pa的高真空度
第三ห้องสมุดไป่ตู้ 电子束加工的应用
第三节 电子束加工的应用
Elektronenstrahl- Erzeugung
Prinzip des EB- Schweißens (EBS/EBW).
Stoßfuge Schweißnaht
Schmelzen
Dampfkanal Dampfkanal und Schmelzmantel
Verstärker
Bildverarbeitung
XY-Tisch
NCSteuerung
Abtasten der Naht und Positionskorrektur
Elektronenstrahl- Technologien
EB- Deflection Technics
One Bath Technics
EBHardening/ EBAnnealling
EB-Pre-heating/ EB-Remelting
EB-Pre-heating/ EB-Welding/ EB-Gladding
EB-Positioning/ EB-Welding/ EB-After-heating
Elektronenstrahl- Anlagentechnik
S = 6 mm
Der Laserstrahl verursacht bei gleicher Schweißtiefe und -geschwindigkeit mehr als doppelt so große Schmelzflächen wie der Elektronenstrahl...
打孔、切割等加工 ⑷电子束光刻加工：
利用较低能量密度的电子束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。
第一节 电子束加工的原理和特点
⒉电子束加工的特点： ⑴加工面积很小，是一种精密微细的加工方法。 电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到0.1μm。 ⑵是一种非接触式加工。工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形。加工材
Multi Bath Technics
Multi Pool Technics
Dynamic Multi Pool Technics
Non Focus Line Scan Field Technics Flash Technics
Elektronenstrahl- Technologien
EB- Deflection Technics: Multi Process Technics
EB
UP
Anzahl der Lagen:
1
157
Schweißzeit pro Meter: Min.
8,3 Min. 314
Maschinenstundensatz €
Großkammeranlage, 630 m³ Kammeranlage, 20 m³
800,- € 250,- €
100,-
Maschinennebenzeit:
0
Min.
-Großkammeranlage, 630 m³
5 Min.
-Kammeranlage, 20 m³
20 Min.
Nebenzeit für Auf- und Abspannen
auf der Maschine (geschätzt)
30
Min.
-Großkammeranlage, 630 m³
⑹价格较贵，生产应用有一定局限性。 电子束加工需要一套专用设备和真空系统
第二节 电子束加工装置
电子束加工装置： 电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组 成。 ⒈电子枪 ⒉真空系统 ⒊控制系统和电源
第二节 电子束加工装置
⒈电子枪： 电子枪是获得电子的装置。 电子发射阴极、控制栅极和加速阳极等。 阴极经电流加热发射电子，带负电荷的电子高速飞向带高电位的阳极，在飞
elektromagnetische Linse
Ablenkspulen
EB- Generator von pro-beam
第二节 电子束加工装置
控制栅极：中间有孔的圆筒形，其上加以较阴极为负的 偏压，既能控制电子束的强弱，又有初步的聚焦作用。 加速阳极接地， 阴极为很高的负电压。
第二节 电子束加工装置
2-Kammerschleusenanlage zum EB- Schweißen von Raumfahrtkomponenten.
第三节 电子束加工的应用
第七章 电子束加工
电子束加工： 精密微细加工，微电子学领域中得到较多的应用。 打孔、焊接、热处理等热加工 电子束光刻化学加工
第九章 电子束加工
第一节 电子束加工的原理和特点 第二节 电子束加工装置 第三节 电子束加工的应用
第一节 电子束加工的原理和特点
⒈电子束加工的原理 ⒉电子束加工的特点
第一节 电子束加工的原理和特点
第二节 电子束加工装置
⒊控制系统和电源：
控制系统：
束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。
①束流聚焦控制：提高电子束的能量密度，使电子束聚焦成很小的束斑， 它基本上决定着加工点的孔径或缝宽。
聚焦方法有两种：
一种是利用高压静电场使电子流聚焦成细束；
另一种是利用“电磁透镜”靠磁场聚焦。
Beispiel: Schweißnaht in TiAl6V4
Light Optical Process Observation
material: 5mm steel
current welding: 0-50mA
oscillation:
2kHz 1mm circular
field of view: 8x11mm observation: off axis by 10° (from down)
料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。 电子束能量密度高，使照射部分的温度超过材料的融化和气化温度，去除材料 主要靠瞬时蒸发。 ⑶加工生产率很高 电子束的能量密度高，每秒钟可以在2.5㎜厚的钢板上加工50个直径为0.4㎜的孔。 ⑷整个加工过程便于实现自动化 可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制。 在电子束爆光中，从加工位置找准到加工图形的扫描，都可实现自动化。 在电子束打孔和切割时，可以通过电气控制加工异形孔，实现曲面弧形切割等。 ⑸加工表面不会氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求 极高的半导体材料。 电子束加工是在真空中进行，污染少。
第二节 电子束加工装置
②束流位置控制：改变电子束的方向，常用电磁偏转来控制电子束 焦点的位置。 如果使偏转电压或电流按一定程序变化，电子束焦点便按预定 的轨迹运动。 ③工作台位移控制：在加工过程中控制工作台的位置。 因为电子束的偏转距离只能在数毫米之内，过大将增加像差 和影响线性，因此在大面积加工时需要用伺服电动机控制工作台 移动，并与电子束的偏转相配合。
向阳极的过程中，经过加速极加速，又通过电磁透镜把电子束聚焦成很 小的束斑。 发射阴极：钨或钽 小功率：丝状 大功率：块状
第二节 电子束加工装置
Elektronenstrahl- Erzeugung
Aufbau EB- Generator Kathodenträger Kathode Wehneltelektrode Anode Zentrierspule Stigmatoren
第一节 电子束加工的原理和特点
第一节 电子束加工的原理和特点
第一节 电子束加工的原理和特点
⒈电子束加工的原理： 电子束加工是在真空条件
下，利用聚焦后能量密度极 高（106～109W/㎝2）的电子 束，以极高的速度冲击到工 件表面极小面积上，在极短 的时间（几分之一微秒）内， 其能量的大部分转变为热能， 使被冲击部分的工件材料达 到几千摄氏度以上的高温， 从而引起材料局部熔化和气 化，被真空系统抽走。
Merkmale des EB-Schweißens:
•Tiefschweißeffekt •Geringster spezifischer Wärmeeintrag •Geringer Verzug •Schweißen versch. Werkstoffkombinationen •Schweißen am Ende der Fertigungskette
第一节 电子束加工的原理和特点
第一节 电子束加工的原理和特点
控制电子束能量密度的大小和能量注入，就可以达到不同的加 工目的。
⑴电子束热处理： 只使材料局部加热就可进行电子束热处理
⑵电子束焊接： 使材料局部熔化就可进行电子束焊接
⑶电子束打孔、切割等加工： 提高电子束能量密度，使材料熔化和气化就可进行电子束
Tiefschweißung
Bei Tiefschweißungen wird der Vorteil des Elektronenstrahlschweißens z.B. gegenüber dem Unterpulver- Engspaltschweißen besonders deutlich.....
⑵电源： 电子束加工装置对电源电压的稳定性要求较高，常用稳压设备， 这是因为电子束聚焦以及阴极的发射强度与电压波动有密切关系。
第三节 电子束加工的应用
电子束加工按其功率密度和能 量注入时间的不同，可用于 打孔、切割、 蚀刻 焊接 热处理 光刻加工等。
第三节 电子束加工的应用
⒈高速打孔 ⒉加工型孔及特殊表面
第三节 电子束加工的应用
120 mm- Schweißung in S 355 Tulpennaht – 72 Schweißlagen
145 mm- EB- Schweißnaht in Werkstoff S 355 1 Schweißlage
Wirtschaftlicher Vergleich EB/UP bei 150 mm
entfällt
-Kammeranlage, 20 m³
30 Min
ca. € 35,- bis €110,je Meter Naht
ca. € 550,je Meter Naht (ohne ZWSt.)
Elektronenstrahl- Schweißen
Vergleich Schmelzflächen EB – LB (Wärmeeintrag).
Elektronenstrahl- Prozesskontrolle
Automatische Strahlpositionierung.
Ablenksteuerung
Stufe 1
AblenkVerstärker
Stufe 2
Abtaste n der Naht
Positionskorrektur
Schmelzfläche S [mm²]
6
5
Laserstrahl Elektronenstrahl
4
3
2
1
0 25CrMo4
X6 CrNiTi1810
V = 20 mm/s S = 3 mm
St 52-3
Laserstrahl
Elektronenstrahl
St 37-3 V = 20 mm/s
⒉真空系统： ⑴真空系统作用： ①保证在电子束加工时维持1.33×10－2～1.33×10－4Pa的真
空度 只有在高真空中，电子才能高速运动。
②不断地把加工中产生的金属蒸汽抽出去 加工时的金属蒸汽会影响电子发射，产生不稳定现象。
⑵真空系统的组成： 机械旋转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两级组成。 机械旋转泵把真空室抽至1.4～0.14Pa 油扩散泵或涡轮分子泵抽至0.014～0.00014Pa的高真空度
第三ห้องสมุดไป่ตู้ 电子束加工的应用
第三节 电子束加工的应用
Elektronenstrahl- Erzeugung
Prinzip des EB- Schweißens (EBS/EBW).
Stoßfuge Schweißnaht
Schmelzen
Dampfkanal Dampfkanal und Schmelzmantel
Verstärker
Bildverarbeitung
XY-Tisch
NCSteuerung
Abtasten der Naht und Positionskorrektur
Elektronenstrahl- Technologien
EB- Deflection Technics
One Bath Technics
EBHardening/ EBAnnealling
EB-Pre-heating/ EB-Remelting
EB-Pre-heating/ EB-Welding/ EB-Gladding
EB-Positioning/ EB-Welding/ EB-After-heating
Elektronenstrahl- Anlagentechnik
S = 6 mm
Der Laserstrahl verursacht bei gleicher Schweißtiefe und -geschwindigkeit mehr als doppelt so große Schmelzflächen wie der Elektronenstrahl...
打孔、切割等加工 ⑷电子束光刻加工：
利用较低能量密度的电子束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。
第一节 电子束加工的原理和特点
⒉电子束加工的特点： ⑴加工面积很小，是一种精密微细的加工方法。 电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到0.1μm。 ⑵是一种非接触式加工。工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形。加工材
Multi Bath Technics
Multi Pool Technics
Dynamic Multi Pool Technics
Non Focus Line Scan Field Technics Flash Technics
Elektronenstrahl- Technologien
EB- Deflection Technics: Multi Process Technics