Лучевые технологии. Технологии в современном мире

Лучевые методы обработки материалов обеспечивают энергию, плотность которой на несколько порядков выше чем у других тепловых источников.

Источник энергии
Плотность энергии различных тепловых источников

Лучевые методы обработки материалов

Лазерная обработка материалов
Этот вид обработки материалов проводится при помощи светового луча, который излучается оптическим квантовым генератором — лазером.
Основана лазерная обработка на термическом действии светового луча.
Оптический квантовый генератор
Диафрагма
Оптическая система
Защитное стекло
Деталь

Факторы, определяющие температуру нагрева поверхности заготовки
Поглощающая и отражающая способность материала.
1
Чем больше поглощающей и меньше отражающей способности у материала, тем выше температура поверхности при попадании на неё светового луча.
Теплопроводимость и теплоёмкость материала.
2
Чем меньше теплопроводимость и теплоёмкость материала, тем выше температура поверхности заготовки.

Виды лазерной обработки

Легирование материалов
Легирование материалов —
добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и/или химических свойств основного материала.

Электронно-лучевая обработка материалов
Этот вид обработки использует тепловую энергию, которая выделяется при столкновении быстродвижущихся электронов с обрабатываемым материалом.
Когда происходит столкновение ускоренного электронного потока с твёрдым телом, то 90 % кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию.
Высокую концентрацию тепловой энергии во времени и пространстве, которая приводила бы к нагреву, плавлению, испарению и тепловому взрыву вещества, можно получить повышая скорость движения электронов и их кинетическую энергию.

Именно при электронно-лучевой обработке материалов на малом участке обрабатываемой поверхности можно достичь такой высокой плотности энергии, которая практически недостижима при других методах нагрева.

Возникает эффект так называемого кинжального или глубинного проплавления, в результате которого образуется узкий и глубокий канал.
Соотношение глубины канала к ширине достигает отношения 20:1.
Благодаря этому возможно проплавление материалов, толщина которых достигает 200 мм при узкой зоне термического воздействия.

Вакуум является хорошей защитной средой, которая препятствует окислению расплавленного материала.

Движениями электронного луча легко управлять. Его можно расфокусировать, а можно, наоборот, запереть.
Благодаря такому управлению существует возможность выполнять обработку по сложной траектории или даже с пропусками.
Направив электронный луч в узкую щель, можно провести обработку в местах, которые не доступны для других методов обработки.

С помощью электронно-лучевой обработки можно обрабатывать миниатюрные детали или делать маленькие отверстия.

Электронно-лучевая сварка применяется для:
стекла;
молибдена;
тантала;
ниобия;
вольфрама;
инконеля;
бериллия и т. д.

Сферы применения электронно-лучевого резания и прошивки
Изготовление тонких пазов, щелей и прорезей, размер которых может составлять несколько десятков микрометров.
1
Для сверления отверстий малых диаметров (100 мкм) в кварцевых пластинах, иглах и рубиновых камнях.
2
При разрезании полупроводников и ферритов для производства электронной аппаратуры.
3

Сферы применения электронно-лучевой плавки
Для выполнения расплавления любых тугоплавких металлов в вакууме, не опасаясь, что металл окислится газами или другими примесями.
1
Для получения особо чистых тугоплавких материалов.
2

Итоги урока

Итоги урока