Программа Президиума РАН Отделение нанотехнологий и информационных технологий Проект № 27.4«Физические основы электронно-пучков

Предлагаемые методы и подходы:
Создание поверхностных слоев с нанокристаллической зеренной структурой будет осуществляться путем:
высокоскоростного ~108 К/с импульсного электронно-пучкового нагрева (вплоть до температуры плавления) тонкого ~10 мкм поверхностного слоя металлов и сплавов, металлокерамических и керамических материалов;
насыщение расплава атомами реакционно-способного газа (азот, кислород, углерод) с образованием частиц вторых фаз;
сверхбыстрого ~106 К/с охлаждения расплавленного слоя за счет теплопроводности холодной основы с осуществлением закалки модифицированного слоя из твердого и жидкого состояний.
Ожидается, что формирующиеся поверхностные структуры будут обладать повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
Для импульсного плавления поверхностного слоя будет использован разработанный и созданный авторами проекта плазменный источник интенсивных импульсных низкоэнергетических электронных пучков «SOLO» (eU=10-20 кэВ, τ=50-200 мкс, Е=10-100 Дж/см2), который по совокупности параметров не имеет аналогов. Это позволяет провести исследования в новой, неосвоенной области параметров.

Импульсная электронно – пучковая обработка, как метод модификации поверхности твердого тела
Примеси
Микронеровности
Модифици-рованный слой толщиной до 5 мкм
Электронный пучок
До
облучения
Достигаемые эффекты:
высокоскоростные плавление и кристаллизация поверхностного слоя;
очистка и сглаживание (полировка) поверхности;
изменение (вплоть до наноразмерного) состояния структуры;
увеличение физико-механических, электрофизических, триботехнических и других свойств поверхности.
Высокоскоростные плавление и кристаллизация поверхностного слоя
Основа
Сглаживание
После
облучения

Установка для электронно- пучковой обработки материалов “SOLO”, разработанная в ИСЭ СО РАН
Импульсный электронный источник с плазменным катодом
Размер установки, мм3: 1350×2150×2000
Размер вакуумной камеры, мм3: 600×500×400
Ток пучка, А: 20-200
Энергия электронов, кэВ: 5-20
Длительность импульсов, мкс: 50-200
Частота повторения импульсов, Гц : 0.3-10
Максимально потребляемая мощность, кВт: 2.5-5
Рабочее давление, Пa: 0.01–0.05
Диаметр автографа пучка, см : 1-3
Размеры манипулятора (область сканирования), мм : 200×200
Основные преимущества:
-высокая плотность энергии при низком ускоряющем напряжении;
-высокая энергетическая эффективность;
-широкий диапазон регулировки параметров;
-хорошая воспроизводимость импульсов;
-большой срок службы;
-малое время готовности;
Электронный пучок
Результат электронно-пучковой полировки мед. имплантантов