航空航天特殊材料加工技术
特种加工技术知识要点
特种加工技术知识要点1.数控加工技术：数控加工技术是一种利用计算机控制机床进行零件加工的技术。
它采用数控机床，通过预先编程控制加工过程，可以实现高精度、高效率的加工。
数控加工技术广泛应用于航空航天、军工、汽车等行业，在生产中起到重要作用。
2.激光加工技术：激光加工技术是一种利用激光束对材料进行切割、焊接、打孔等加工的技术。
激光加工具有高精度、高速度、无接触、非热应力影响等特点，适用于材料种类广泛的加工领域。
3.电火花加工技术：电火花加工技术是一种利用电火花放电原理进行加工的技术。
电火花加工技术可以加工硬度高、脆性材料，适用于模具、滑动配件等零部件的制造。
该技术可以实现精密加工，但加工速度较慢。
4.超声波加工技术：超声波加工技术是一种利用超声波振动作用于材料进行加工的技术。
超声波加工技术适用于薄壁、复杂形状的零部件加工，可以实现高精度、高效率的加工。
超声波加工技术广泛应用于电子、精密机械等领域。
5.热处理技术：热处理技术是一种通过加热、保温、冷却等方式改变材料的物理、化学性能的技术。
热处理技术包括淬火、回火、正火、退火等工艺，可以改善材料的硬度、强度、韧性等性能，提高零部件的使用寿命。
6.表面处理技术：表面处理技术是一种通过改变材料表面结构和性能来改善零部件的耐磨、耐蚀、抗疲劳等性能的技术。
常见的表面处理技术包括镀金属、热处理、喷涂、化学处理等。
7.焊接技术：焊接技术是一种将两个或多个工件加热至熔化状态，通过力或压力使其连接成一体的技术。
常见的焊接技术包括电弧焊、氩弧焊、激光焊等。
焊接技术适用于金属材料的连接，广泛应用于航空、航天、建筑等领域。
8.加工装备与工具：特种加工技术的实施需要特定的加工装备和工具。
各类加工装备和工具具有切削、磨削、钳工、冲压等不同的功能，用于实现不同的加工过程。
加工装备和工具的性能直接影响加工质量和效率。
以上是特种加工技术知识的几个要点，涵盖了常见的特种加工技术和相关的装备工具。
航空航天材料技术手册
航空航天材料技术手册第一章：导言在现代航空航天领域中，材料技术起到至关重要的作用。
航空航天材料的研发和应用不仅关系到航空航天事业的发展，还直接影响到飞行器的性能、安全和可靠性。
本手册将详细介绍航空航天材料的特性、制备工艺以及最新研究的进展，旨在提供给读者一个全面的航空航天材料技术指南。
第二章：金属材料2.1 铝合金铝合金是航空航天领域中最为常用的结构材料之一。
本节将介绍铝合金的主要特性，包括高强度、低密度以及良好的可加工性。
同时，还会详细介绍铝合金的合金元素、热处理工艺以及应用范围。
2.2 钛合金钛合金由于其优异的耐腐蚀性，轻质高强度以及优异的高温性能，被广泛应用于航空航天领域。
本节将详细介绍钛合金的合金成分、制备工艺以及应用领域。
同时，还将介绍最新的钛合金材料研究进展，如高温合金、超轻钛合金等。
第三章：复合材料3.1 碳纤维复合材料碳纤维复合材料以其高比强度、高比刚度和优异的耐腐蚀性能而备受航空航天领域的青睐。
本节将介绍碳纤维复合材料的组成结构、制备工艺以及应用范围。
此外，还会详细介绍碳纤维复合材料的机械性能测试方法和表征技术。
3.2 玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料由于其良好的电绝缘性能和机械性能，在航空航天领域具有广泛的应用前景。
本节将介绍玻璃纤维复合材料的制备工艺、性能测试以及应用情况。
第四章：特种材料4.1 高温合金高温合金具有良好的高温强度和抗氧化性能，被广泛应用于航空发动机等高温工作环境中。
本节将介绍高温合金的合金设计、制备工艺以及应用领域。
4.2 超导材料超导材料在航空航天领域中具有重要的应用价值，如超导磁悬浮技术等。
本节将介绍超导材料的基本原理、制备方法以及最新研究进展。
第五章：新型材料5.1 非金属基复合材料非金属基复合材料是近年来航空航天领域中的一个新兴研究方向。
本节将介绍不同种类的非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料、高分子基复合材料等，并探讨其制备方法和应用前景。
5.2 纳米材料纳米材料由于其特殊的物理、化学性质，正在引起航空航天领域的广泛关注。
孪晶诱导塑形变形
孪晶诱导塑形变形1. 引言孪晶诱导塑形变形是一种新兴的金属材料加工技术，可以通过控制晶粒的取向和排列方式来实现材料的塑性变形。
这种技术在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛的应用前景。
本文将对孪晶诱导塑形变形进行全面详细、完整且深入的介绍。
2. 孪晶诱导塑性变形原理孪晶是一种特殊的晶体结构，在金属材料中由于晶格畸变或应力作用而产生。
孪晶具有较高的位错密度和能量，因此在外力作用下容易发生位错滑移和滑移带的扩展，从而引起材料的塑性变形。
孪晶诱导塑性变形利用外界施加的力学应力和热应力来控制材料中孪晶的分布和取向。
具体步骤如下：1.利用合适的方法使材料中产生孪晶结构，如通过热处理、机械处理等；2.施加力学应力或热应力，使孪晶结构发生位错滑移和滑移带扩展；3.孪晶结构的位错滑移和滑移带扩展导致材料发生塑性变形。
3. 孪晶诱导塑形变形的优势相比传统的金属材料加工方法，孪晶诱导塑形变形具有以下优势：•精度高：孪晶诱导塑形可以实现对材料内部微观结构的精确控制，从而实现更高精度的加工；•节约能源：相比传统的金属加工方法，孪晶诱导塑形需要施加较小的外力和热应力，因此能够节约能源；•提高材料性能：通过控制孪晶结构和取向，可以显著提高材料的强度、韧性和耐腐蚀性等性能；•适用范围广：孪晶诱导塑形适用于各种金属材料，包括钢、铝、镁等。
4. 孪晶诱导塑形变形的应用4.1 航空航天领域在航空航天领域，要求材料具有较高的强度和韧性，同时要求重量轻。
孪晶诱导塑形变形技术可以提高材料的强度和韧性，同时减轻材料的重量，因此在航空航天领域具有广泛的应用前景。
4.2 汽车制造领域在汽车制造领域，要求汽车零部件具有较高的强度、刚度和耐腐蚀性。
孪晶诱导塑形变形技术可以提高材料的强度和耐腐蚀性，同时可以实现对材料内部微观结构的精确控制，从而提高汽车零部件的制造质量。
4.3 电子设备领域在电子设备领域，要求材料具有良好的导电性和热扩散性。
孪晶诱导塑形变形技术可以提高材料的导电性和热扩散性，同时可以实现对材料内部微观结构的精确控制，从而提高电子设备的工作效率。
liga工艺技术
liga工艺技术Liga工艺技术指的是将多种金属材料通过微电子封装工艺加工成一体化的高可靠性零件的技术。
Liga工艺技术广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗仪器等领域，具有独特的优势和潜力。
Liga工艺技术最早在德国发展起来，Liga是德语Lithographie, Galvanoformung und Abformung的缩写，翻译成中文就是印刷、电镀和压模。
这项技术采用先进的光刻、电解沉积和热塑性高分子材料模压工艺，能够将金属材料制成复杂的结构，实现高精度的加工和零部件集成，提高产品的性能和可靠性。
Liga工艺技术的核心是通过光刻技术制作金属模板，并在模板上进行电解沉积，形成所需的金属结构。
这种光刻技术利用光敏树脂作为光刻胶，根据需求使用紫外线或激光器进行曝光，再通过化学反应来腐蚀或增加金属层厚度，最后将光刻胶去除，得到金属模板。
接着，将这个金属模板放入电解槽中，进行电解沉积，使金属填充模板的微小孔隙和缝隙。
最后，用热塑性高分子材料作为压模材料，将金属结构从金属模板中脱离，得到最终产品。
Liga工艺技术有以下几个优势。
首先，它可以实现微小结构的制造。
由于采用了光刻技术和电解沉积，可以制造出空间分辨率可达几纳米的微小结构，适应了现代微纳电子器件的发展需求。
其次，Liga工艺技术可以制造出高精度、高可靠性的产品。
由于采用了模板制备方法，形成了三维复杂的金属结构，避免了传统加工过程中的失真和偏差，提高了产品的准确性和稳定性。
再次，Liga工艺技术具有良好的适应性。
由于可以使用不同的金属材料和模板设计，可以制造出多种材质和形状的产品，适应了不同领域和应用的需求。
Liga工艺技术在航空航天、汽车制造、医疗仪器等领域有广泛的应用。
例如，在航空航天领域，Liga工艺技术可以制造出高精度的传感器和微型发动机零件，提高了航天器的性能和可靠性。
在汽车制造领域，Liga工艺技术可以制造出微型喷油器和涡轮增压器等关键部件，提高了汽车的燃烧效率和动力输出。
溶剂热处理
溶剂热处理
溶剂热处理是一种先进的材料加工技术，在加工材料方面，具有一定的优越性。
它广泛地应用于各行各业，如精密制造、航空航天、能源化工等领域。
下面，本文将为大家详细介绍溶剂热处理技术。
1. 定义：溶剂热处理是一种在高温和高压的环境下使用有机或无机溶剂处理金属、非金属和复合材料的加工技术。
2. 溶剂热处理的原理：溶剂热处理原理的核心是在特定的温度和压力下，溶剂能溶解材料表面的氧化层和污染物，进一步提高材料的表面质量，从而达到材料加工的目的。
3. 溶剂热处理的优缺点：
优点：
（1）可在较短的时间内达到材料的理想表面状态；
（2）不破坏原材料的性能；
（3）降低后续加工过程中切削力和切削温度，并实现减轻刀具磨损和延长使用寿命的目的。
缺点：
（1）较高的成本；
（2）需要重视安全问题，高温高压的环境下，一旦发生意外事故，将会造成不可挽回的损失；
（3）有些材料不适合使用溶剂热处理。
4. 溶剂热处理的应用领域：
（1）精密制造方面：用于超硬材料的生产，如石墨、金刚石等；（2）航空航天方面：用于制造飞机、火箭等；
（3）能源化工方面：用于化学反应器、承压容器、氢氧化物等。
总之，溶剂热处理技术目前已经成为国内外加工领域中一个非常重要的工艺，具有广阔的发展前景。
未来，随着科技的不断发展，该技术会得到进一步的提升和完善，为各行各业的发展提供更好的支持服务。
涂层技术在航空航天中的应用
涂层技术在航空航天中的应用一、引言近年来，随着航空航天技术的飞速发展，涂层技术在航空航天中的应用也越来越广泛。
航空航天涂料主要包括涂料、防腐剂、密封胶、填充胶、柔性泡沫等。
从飞机机体到涂层材料、从涂层材料到涂层加工工艺和设计，涂层技术已经成为了航空航天领域的重要组成部分。
本文将分别从涂层技术在航空器材中的应用、涂层材料的性能以及涂层加工工艺和设计等方面来介绍涂层技术在航空航天中的应用。
二、涂层技术在航空器材中的应用1. 涂层技术在飞机机体中的应用飞机机体的涂层主要是为了保护机体表面免受氧化、腐蚀和紫外线等各种因素的侵袭。
同时，涂层还可以减少飞机的阻力和提高飞机的速度。
在飞机机体中，最常用的涂层材料是聚氨酯、环氧树脂和聚酯等。
2. 涂层技术在航空发动机中的应用航空发动机是飞机的重要部分，其涂层技术主要是为了保护发动机零件免受氧化、磨损和高温氧化等因素的侵袭。
航空发动机的涂层材料比较多样化，包括热障涂层、钛合金涂层和陶瓷涂层等。
三、涂层材料的性能1. 耐磨性耐磨性是涂层材料的一个重要性能指标。
在航空器材中，涂层材料需要具有足够的耐磨性，以免在高速运动中受到机体的磨损而损伤。
2. 耐高温性涂层材料的耐高温性也是一个重要的性能指标。
在航空白天中，航空器材需要经受高温烤炉的烘烤，因此涂层材料需要具有耐高温性能。
3. 耐腐蚀性航空器材工作的环境往往是潮湿的，因此涂层材料需要具有一定的耐腐蚀性。
四、涂层加工工艺和设计1. 涂层加工工艺涂层加工工艺是涂层技术的一个重要组成部分。
在实际的涂层加工中，需要注意一些技术要点，如涂层材料的成分和配比、喷涂压力和喷涂速度等参数。
2. 涂层设计涂层设计是涂层技术中最为重要的一个环节。
一个成功的涂层设计需要考虑到多个方面的问题，如涂层材料的种类、涂层的厚度、涂层的颜色等。
五、结论通过对涂层技术在航空航天中的应用的介绍，我们可以看出，涂层技术已经成为了航空航天行业不可或缺的一部分。
特种加工 小结
特种加工小结特种加工是一种针对特殊材料或特殊工艺加工制造的加工方式。
特种加工具有高精度、高效率、高质量的特点，被广泛应用于航空航天、军事、能源、汽车等高技术领域。
本文对特种加工进行小结，主要包括其定义和特点、应用领域以及发展趋势等方面的内容。
特种加工是指对特殊材料或特殊零件的加工制造过程。
特殊材料可以是高温合金、硬质合金、复合材料等，特殊零件可以是叶片、模具、轴承等。
特种加工主要包括磨削加工、电火花加工、激光加工、超声波加工等多种技术。
这些加工方式具有高精度、高效率、高质量的特点，可以满足复杂零件的加工需求。
特种加工在航空航天、军事、能源、汽车等高技术领域具有广泛的应用。
航空航天领域对零件精度要求高，特种加工可以满足制造高精度零件的需求；军事领域需要制造轻质高强度零件，特种加工可以加工复合材料；能源领域需要提高燃烧效率和节能减排，特种加工可以制造高效能的零件；汽车领域需要提高安全性和降低噪音振动，特种加工可以加工多孔材料和陶瓷材料。
特种加工的发展趋势主要包括三个方面。
第一，加工技术的不断创新和发展。
随着科学技术的进步，特种加工技术不断更新换代，应用范围不断扩大。
例如，激光加工技术在微加工领域有广泛应用，可以制造微型零件和微机电系统。
第二，设备的自动化和智能化程度不断提高。
特种加工设备的自动化程度越高，生产效率越高，能够满足更高的加工要求。
第三，特种加工与信息技术的融合。
特种加工与信息技术的融合可以实现全过程的数字化管理和控制，提高生产效率和产品质量。
总的来说，特种加工是一种针对特殊材料或特殊工艺加工制造的加工方式，具有高精度、高效率、高质量的特点。
特种加工在航空航天、军事、能源、汽车等高技术领域具有广泛的应用。
特种加工的发展趋势主要包括加工技术的创新和发展、设备的自动化和智能化程度的提高以及与信息技术的融合。
特种加工的发展将为高技术产业的发展提供坚实的技术支持和保证。
新型材料技术在航空航天领域的应用
新型材料技术在航空航天领域的应用随着科技的不断发展，航空航天领域的技术也在不断更新。
新型材料技术的应用，为航空航天实现更加高效、安全的运行提供了坚实的保障。
所以，今天我们要说的就是新型材料技术在航空航天领域的应用。
一、三角洲翼技术的应用三角洲翼技术是一种新型的机翼设计技术，它可以大幅度地降低空气阻力，提高控制效能和机动性能，从而实现高速飞行。
在过去，由于材料质量和运算能力的限制，三角洲翼技术的应用受到了很大的限制。
现在，在新材料技术的支持下，三角洲翼技术的应用范围更加广泛，运用于一些高速飞行器的设计之中。
使用新材料制作的三角洲翼结构更加坚固耐用，能够承受更大的飞行速度。
同时，也能够大幅度降低机身的重量，提高性能的同时也降低了油耗。
二、碳纤维的应用碳纤维是目前航空航天领域的主要材料之一。
它具有高强度、高刚度、高温度耐受性、耐腐蚀性等优良特性。
与传统材料相比，碳纤维的比强度和比刚度高出数倍，能够有效地提高空间航行器的安全性、可靠性和经济性。
如今，在航空航天领域中，碳纤维得到了广泛的应用。
在载人飞机的结构设计中，碳纤维可用于机身外壳和翼面板的制造，能够大幅度降低飞机的重量，并提高抗风险能力。
在卫星技术中，碳纤维可以用于制造卫星壳体和控制附件，具备抗沉积、抗辐射等优良特性。
在发射和重返大气层时，碳纤维制的重返舱能够有效地降低重返舱的温度，提高飞行安全性。
三、3D打印技术的应用3D打印技术是一种新型的制造工艺，采用增材制造原理，可用于制造复杂的、高精度的部件，并可在材料资源的高效利用方面发挥很大的作用。
在航空航天领域的应用也越来越广泛。
首先，3D打印技术可用于制造陶瓷导向轮，这种轮能够在高速旋转时保持稳定性和刚度，用于卫星和其他太空器的设计方面，可以起到良好的支撑和控制作用。
其次，3D打印技术也可以应用于金属结构的制造，它可以制造非常复杂的形状和精度要求的结构。
例如，德国航空太空中心最近使用3D打印技术制造了发动机部件，使得发动机更加紧凑，占用空间更小，适用于卫星和其他太空器的设计。
当前特种加工技术的论述与解析
当前特种加工技术的论述与解析摘要：本文探讨了当前特种加工技术的论述与解析。
特种加工技术是指在传统加工技术基础上发展起来的一类高级、多功能的加工方法和工艺。
本文从技术的发展背景、应用领域和技术特点等方面进行了论述和解析。
首先，本文介绍了特种加工技术的发展背景。
随着先进制造技术和工业自动化的发展，传统的加工技术已经无法满足复杂零部件和高精度加工的要求，特种加工技术应运而生。
接着，本文分析了特种加工技术的应用领域。
特种加工技术广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电气、精密仪器、医疗器械等领域，其主要用途是实现材料的精密加工、微细加工、表面处理和特殊形状加工等。
然后，本文详细解析了特种加工技术的技术特点。
特种加工技术采用了先进的加工设备和工艺，具有高精度、高效率、高稳定性和高自动化程度等特点。
此外，特种加工技术还涉及到多学科交叉和综合应用，需要工程师和技术人员具备广泛的知识和技能。
最后，本文总结了当前特种加工技术的发展趋势和挑战。
随着科技的进步和产业的发展，特种加工技术将继续推动制造业的转型升级，并面临着新材料、新工艺、智能化和可持续发展等方面的挑战。
本文对当前特种加工技术的论述与解析进行了全面的介绍。
特种加工技术在现代制造领域具有重要的应用价值和发展前景，对于提高产品质量、降低成本和提升竞争力具有重要意义。
正文：1 .引言随着社会的进步和科技的发展，特种加工技术逐渐成为制造业领域的重要组成部分。
特种加工技术是在传统加工技术基础上发展起来的一类高级、多功能的加工方法和工艺，具有广泛的应用前景和巨大的经济效益。
通过引入先进的设备、工艺和材料，特种加工技术可以实现对复杂零部件的精密加工、高精度加工和特殊形状加工等要求。
本文旨在对当前特种加工技术进行论述与解析，探讨其技术特点、应用领域以及发展趋势和挑战。
首先，我们将介绍特种加工技术的背景与发展动因，阐述传统加工技术无法满足现代制造需求的问题。
其次，我们将论述特种加工技术的应用领域，包括航空航天、汽车制造、电子电气等领域，并探讨不同领域对特种加工技术的需求和挑战。
航空航天工程材料应用技术手册
航空航天工程材料应用技术手册I. 引言航空航天工程对材料的要求非常高，必须具有极强的强度、韧性和耐腐蚀性，同时又要求尽可能轻量化。
为了满足这些需求，科学家们进行了大量的研究和实验，开发出了许多优秀的材料。
本手册旨在介绍一些常用的航空航天工程材料及其应用技术，帮助工程师们更好地了解这些材料的性能和使用方法。
II. 金属材料1. 铝合金航空航天工程中最广泛应用的金属材料之一。
其优点是密度低、强度高、韧性好、易加工等。
在生产中，需要注意合金化处理的加工方法、合金化处理后的组织状态、焊接、腐蚀等。
2. 钛合金相对于铝合金而言，钛合金具有更高的强度和更好的耐腐蚀性，但价格较高。
在合金化处理过程中，需要考虑不同的形状和状态对应的加工方式，同时还需要注意焊接和表面处理的问题。
III. 复合材料1. 碳纤维复合材料碳纤维复合材料在航空航天工程中应用广泛，主要由碳纤维和树脂基体组成。
该材料的优点是密度较低、刚性好、强度高、耐腐蚀、疲劳性良好。
在生产中，需要注意预浸料、成型和固化等过程。
2. 玻璃纤维复合材料比碳纤维复合材料更为便宜，但强度和韧性稍差。
在生产中，需要注意选择合适的树脂基体、纤维结构、树脂粘同剂、成型、加压工艺等。
IV. 高温材料1. 陶瓷材料陶瓷材料在高温环境下表现出色，在耐磨性、耐腐蚀性、耐高温、高强度、低热膨胀等方面具有优秀的性能。
在生产中，需要注意成型、烧结和表面处理等。
2. 高温合金高温合金主要由铁、镍、钴等元素组成，适用于高温、高压、复杂应力下的工作环境。
在生产中，需要注意合金化处理、成型、高温和激光焊接等问题。
V. 光学材料1. 硅晶体硅晶体在航空航天领域中广泛应用，主要用于光电探测和光学加工。
在生产中，需要注意晶体生长、取向控制、研磨和抛光等。
2. 硼硅玻璃硼硅玻璃具有非常低的热膨胀系数和优异的光学性能，在激光通讯、卫星载荷等领域中被广泛采用。
在生产中，需要注意多层热压、研磨和抛光等过程。
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航空航天特殊材料加工技术 _______电子束加工 摘要:电子束加工技术是近年发展起来的一种先进制造技术。由于它所具有的各种独特的优点，已在众多的工业领域得到了非常广泛的应用，其在材料表面改性、机械加工等方面的应用已受到广泛关注。主要介绍电子束在打孔、熔炼、显微技术和焊接等方面的工业应用。
关键词:电子束；加工原理；工业应用
1 引言 近年来，许多国家对电子束加工原理及方法进行了大量的实验研究，并在工业上得到一定的实际应用，使得该技术得到了飞速发展。本文主要针对电子束加工技术的发展、研究现状和应用进行理论分析和探讨。
2 电子书技术在国内外的发展现状 电子束技术是一种非接触加工的高能束流加工技术。它利用经高压静电场和电磁场加速与会聚的高能量电子流作为热源，对工件或材料实施各种特殊的加工。由于它具有能量密度极高、热效率高、精密易控及多功能等等特点，在工业领域的各个行业得到了广泛的应用，是高科技发展不可缺少的特种加工手段之一。 1948年，德国物理学家SteigerwaldK.H发明了第一台电子束加工设备(主要用于焊接)。1949年，德国首次利用电子束在厚度为0.5mm的不锈钢板上加工出直径为0.2mm的小孔，从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机,其优良的焊接质量引起人们广泛重视。20世纪60年代初期，人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中，促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高，因而对光刻工艺提出了更高的要求，扫描电子束曝光机研制成功。并在20世纪70年代进入市场，使得制造掩膜或器件所能达到的最小线宽已小于0. 5μm。近年来，国外对电子束焊接及其他电子束加工技术的研究主要在于以下几个方面： 1)完善超高能密度电热源装置； 2)掌握电子束品质及与材料的交换行为特性，改进加工工艺技术； 3)通过计算机CNC控制提高设备柔性以扩大应用领域。 我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺,经过多年的实践，在该领域也取得了一定成果。大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，采用电子束对材料表面进行照射，研究其对材料表面的改性。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料，深入研究不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律，进而获得强流脉冲电子束表面改性的一些微观物理机制，通过载能电子与固体表面的相互作用过程，建立较为合理的实际加工中的物理模型，利用二维模型数值计算方法模拟计算试样中的动态温度场及应力场分布，并选用1Cr18Ni9Ti和GCr15进行初步的改性应用尝试性工作。吴爱民等以H13和D2模具钢为基材，通过脉冲电子束直接淬火和电子束表面合金化等方法进行表面改性处理试验。 虽然电子束加工目前已在仪器仪表、微电子、航空航天和化纤工业中得到应用，电子束打孔、切槽、焊接、电子束曝光和电子束热处理等也都陆续进入生产，但从电子束加工技术现状及新的发展趋势可以看出，我国在该领域的研究与世界先进水平差距很大，今后的任务还很艰巨。
3 电子束加工原理 电子束流是由高压加速装置在真空条件下形成束斑极小的高能电子流，属于高能密度束流(HEDB)，真空电子束的功率密度大于W106 /cm2，极限功率为300 kW。电子束加工是以高能电子束流作为热源，对工件或材料实施特殊的加工，是一种完全不同于传统机械加工的新工艺，其加工原理如图1所示。按照电子束加工所产生的效应，可以将其分为两大类：电子束热加工和电子束非热加工。
3.1 电子束热加工 电子束热加工是将电子束的动能在材料表面转化成热能，以实现对材料的加工,其中包括： 1)电子束精微加工。可完成打孔、切缝和刻槽等工艺，这种设备一般都采用微机控制，并且常为一机多用； 2)电子束焊接。与其他电子束加工设备不同之处在于，除高真空电子束焊机之外，还有低真空、非真空和局部真空等类型； 3)电子束镀膜。可蒸镀金属膜和介质膜；4)电子束熔炼。包括难熔金属的精炼，合金材料的制造以及超纯单晶体的拉制等； 5)电子束热处理。包括金属材料的局部热处理以及对离子注入后半导体材料的退火等。上述各种电子束加工总称为高能量密度电子束加工。 电子由电子枪的阴极发出，通过聚束极汇聚成电子束，在电子枪的加速电场作用下，电子的速度被提高到接近或达到光速的一半，具有很高的动能。电子束再经过聚焦线圈和偏转线圈的作用，汇聚成更细的束流。束斑的直径为数微米至1mm，在特定应用环境，束斑的直径甚至可以小到几十纳米，其能量非常集
中。电子束的功率密度可高达W109 /mm2。当电子束轰击材料时，电子与金属碰撞失去动能，大部分能量转化成热能，使材料局部区域温度急剧上升并且熔化，甚至气化而被去除，从而实现对材料的加工。 3.2 电子束非热加工 电子束非热加工是基于电子束的非热效应，利用功率密度比较低的电子束和电子胶(又称电子抗蚀剂，由高分子材料组成)相互作用产生的辐射化学或物理效应对材料进行加工。其应用领域主要是电子束曝光。电子束曝光原理如图2所示，是先在待加工材料表面，涂上具有高分辨率和高灵敏度的化学抗腐蚀涂层，然后通过计算机控制电子束成像电镜及偏转系统，聚焦形成高能电子束流，轰击涂有化学抗腐蚀涂层的材料表面，形成抗腐蚀剂图形，最后通过离子注入、金属沉淀等后续工艺将图形转移到材料表面。
4 电子束加工的特点 根据电子束流的产生原理，电子束加工具有如下特点： 1)电子束发射器发射的电子束流束斑极小，且可控，可以用于精密加工；2)对于各种不同的被处理材料，其效率可高达75% ~98%，而所需的功率则较低； 3)能量的发生和供应源可精确地灵活移动，并具有高的加工生产率； 4)可方便地控制能量束，实现加工自动化;；5)设备的使用具有高度灵活性，并可使用同一台设备进行电子束焊接、表面改善处理和其他电子束加工； 6)电子束加工是在真空状态下进行，对环境几乎没有污染;；7)电子束加工对设备和系统的真空度要求较高，使得电子束加工价格昂贵，一定程度上限制了其在生产中的应用。
5 电子束加工在材料加工中的应用 由于电子束流具有以上特点，目前，已被广泛地应用于高硬度、易氧化或韧性材料的微细小孔的打孔，复杂形状的铣切,金属材料的焊接、熔化和分割，表面淬硬、光刻和抛光，以及电子行业中的微型集成电路和超大规模集成电路等的精密微细加工中。随着研究的不断深入，电子束加工已成为高科技发展不可缺少的特种加工手段之一。 5.1 电子束焊接 电子束焊接技术是一种利用电子束作为热源的焊接工艺，它利用经高压静电场与电磁场加速与会聚的高能量密度电子束轰击焊件表面，将电子的动能大部分转变为热能，使焊件接头处的金属熔融，达到焊接的目的。电子束焊接的工作原理见图3。
图3真空电子束焊机工作原理示意图 电子束焊接有着无可置疑的优越性：
(1) 电子束能量高度集中，密度为101096~W/cm2，约为普通电弧或氩弧的10～100万倍。因此可以实现深而窄的焊缝型式，可将200～300mm厚的钢材一次焊成，而用电弧焊则需堆焊150次以上。 (2) 电子束焊接所需线能量小而焊接速度又高，因此焊件热影响区小，焊件变形也就小，常可用于精加工后的焊接。焊缝的深宽比可达20∶1，采用高压枪或特殊焊接工艺，深宽比可高达50∶1。 (3) 电子束焊接一般不需加填料，焊接过程在真空中进行，当真空度为10-2Pa时，空气中的剩余气体(H2、O2等)含量小于0.132ppm，而一般高纯惰性保护气体的杂质含量为50ppm。因此电子束焊接的焊缝化学成份非常纯净，焊接的接头强度高，常可高于母材的强度，焊缝质量是其它任何焊接所无法比拟的。 (4) 电子束焊接可适用于几乎所有的金属材料，如普通碳钢、不锈钢、合金钢、铜、铝、难熔金属及活泼金属等。 (5) 电子束焊接的工艺参数可精确控制，结合现代计算机技术，可实现复杂焊缝和变截面焊缝的焊接、焊缝自动跟踪及焊接过程的自动化等。 5.2 电子束熔炼 电子束熔炼主要用于材料的提纯、真空浇铸以及贵金属的回收重熔，还可以用于制取半导体材料和难熔金属及其合金的单晶等。 电子束熔炼也是利用高能量密度的电子束在轰击金属时产生高温使金属熔化。由于这一过程是在真空中进行，并且材料处于熔融状态的时间可按需要控制，因此可以获得较好的提纯效果，容易获得高纯度的材料。这是电子束熔炼优于其它真空熔炼的一个重要特点。此外由于电子束能量密度高，能量调节方便,特别适用于熔炼难熔金属。对于金属钽,经电子束一次熔炼后，总气体含量可下降88%，经二次电子束熔炼后，总气体含量可降低99%；对于金属铌，一次熔炼可使总气体含量降低89%，二次熔炼可降低96.5%；对于金属钨，一次熔炼可使总气体含量降低96%，二次熔炼降低99%。由此可见电子束熔炼的提纯效果是十分显著的，对于其它金属材料如钼、镍基合金、高强钢等,都有很好的提纯效果。 5.3 电子束打孔
用电子束对材料进行打孔加工时,要求电子束的能量密度需大于108W
/cm2,每个电子束脉冲打一个孔,脉冲宽度一般只有几毫秒,脉冲的速率快,打孔的速度可以达到每秒几个到3000个孔。电子束脉冲的能量高,不受材料硬度的限制,没有磨损,可以对难熔、高强度和非导电材料进行打孔加工。并且电子束的束斑形状可控,能加工包括异形孔(见图4a、图4b)、斜孔(见图4c)、锥孔(见图4d)和弯孔在内的各种孔,加工效率高,加工材料的适应范围广,加工精度高、质量好,无缺陷,一般不需要二次加工。目前,电子束打孔的范围是:实际生产中,加工直径为0.1~0.8mm,最大深度为5mm;在实验室中,加工直径为0.05~1.5mm,最大深度为10mm。
图4 电子束加工几种典型孔的形状 5.4 电子束显微技术 现代微电子技术领域中，产品的设计和研究都需要对样品的内部结构和表面形貌进行成像观察，以及对样品表面或界面的微观结构和化学成分进行定性和定量分析。为此，人们利用电子束显微技术研制了各种电子光学仪器，它利用电子束轰击样品材料，对产生的各种携带物理和化学信息的粒子经过接受、转换和处理获得关于样品的物理结构和化学成分信息的信号，而达到材料微观结构和化学成分的定性定量分析。 由于电子的波长很短,因此电子光学仪器的分辨率都比较高，如光学显微镜的放大倍数受衍射影响和限制，只能做到放大率≤2000，这对材料微观结构的研究是不可能的；而电子显微镜的放大倍数已达80万倍以上，可十分清晰地进行材料的微观观察与分析。 在大规模集成电路的研制和生产中，当采用电子束曝光、光刻时就可以不用