Электронно лучевая: Каталог разработок ТУСУРа | Электронно-лучевая вневакуумная система с плазменным эмиттером

alexxlab | 28.08.1974 | 0 | Разное

Содержание

Каталог разработок ТУСУРа | Электронно-лучевая вневакуумная система с плазменным эмиттером

Описание

Сфокусированный электронный луч является источником тепловой энергии с высокой удельной мощностью и используется для термического воздействия на различные материалы. Большинство технологий базируется на вакуумном применении луча. Однако в некоторых случаях обеспечение вакуума становится процессом дорогостоящим, например, при обработке крупногабаритные деталей. Альтернативой могут выступить вневакуумные применения луча. Выведенный в атмосферу электронный луч используется для сварки, резки металлических изделий, для электроннолучевой наплавки покрытий на металлы и других технологий.

В большинстве вневакуумных электронно-лучевых устройств применяются термокатодные пушки. В области термокатода поддерживается высокий вакуум, а вывод пучка в атмосферу производится через систему дифференциальной откачки. Система вывода при этом получается сложной по конструкции и дорогостоящей. Создано простое, энергоэффективное и конкурентноспособное промышленное оборудование – устройство вывода сфокусированных пучков в атмосферу с использования пушки с плазменным эмиттером. Применение таких пушек в устройствах с выводом пучка в атмосферу особенно выгодно. Для их надёжной работы достаточен начальный вакуум на порядок ниже, чем того требуют термокатодные пушки. Следовательно, более простой является система вывода пучка в атмосферу.

Технические характеристики

  • Режим работы: непрерывный
  • Тип эмиттера электронов: плазменный
  • Максимальное ускоряющее напряжение: 120 кВ
  • Максимальный ток пучка: 200 мА
  • Фокусировка пучка: электромагнитная
  • Тип системы вывода пучка в атмосферу: газодинамическая откачка
  • Количество ступеней откачки: 2
  • Создаваемый перепад давления: от 0,0005 до 760 мм рт. ст.
  • Токопрохождение: не менее 80 %
  • Транспортное расстояние в атмосфере: не менее 1 см

Преимущества

Использована электронная пушка с плазменным катодом, не имеющим накаленных электродов. Это даёт следующие преимущества перед аналогами:

  1. низкую чувствительность катода к воздействию металлических и газовых паров металлов из технологической зоны,
  2. повышенный ресурс,
  3. простую систему вывода пучка в атмосферу.

Область применения

  • Машиностроение
  • Авиастроение
  • Ядерная промышленность 
  • Металлургия
  • Другие отрасли промышленности, в которых используется обработка металлов и сплавов

Правовая защита

  • Патент на полезную модель №159300. Электронный источник с плазменным эмиттером. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей 22.05.2015 г.
  • Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016663168. Программа для управления перемещением координатного стола двухосевого (XY) манипулятора в составе электронно-лучевой вневакуумной установки с плазменным эмиттером. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 29.11.2016г
  • Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016662978. Программа для управления электронной пушкой с плазменным эмиттером в составе электронно-лучевой вневакуумной установки с плазменным эмиттером. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28.11.2016г
  • Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016662899. Программа для стабилизации тока разряда и напряжения смещения в разрядной камере электронной пушки с плазменным эмиттером Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.11.2016г.
  • Патент на полезную модель №175600. Источник электронов. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей 14.12.2016г
  • Патент на изобретение №2650101. Способ генерации и вывода электронного пучка в область высокого давления газа, до атмосферного. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений 14.12.2016г.

Упоминание разработки

ТУСУР и «Роснано» провели успешные испытания оборудования мирового уровня

В ТУСУР впервые в мире создано устройство вывода электронного пучка в атмосферу на основе электронной пушки с плазменным эмиттером

Разработка ТУСУР представлена на Российско-Китайской Экспо

Предприятие, созданное на основе разработки учёных ТУСУР, займётся созданием оборудования для электронно-лучевой обработкой металлов

ТУСУР принимает участие в создании Национальной исследовательской сети цифрового производства


Электронно-лучевая сварка – сфера применения и отличие от других сварочных технологий

Как известно, для соединения металлических деталей можно задействовать несколько технологий, которые отличаются между собой способом получения тепловой энергии, подготовкой свариваемой поверхности, типом обрабатываемого металла и финансовыми затратами. В основе большинства сварочных процессов лежит применение различных газов (защитных или рабочих) и лишь

электронно-лучевая сварка реализуется без какой-либо газовой среды, то есть в абсолютном вакууме. Именно об ЭЛС и пойдет речь в этой статье.

 

В чем суть ЭЛС

Данная технология основана на преобразовании кинетической энергии, вырабатываемой при движении электронов в тепловую энергию, необходимую для плавления металлической кромки. Скорость электронного потока, а значит и величина кинетической энергии, напрямую зависит от приложенной разности потенциалов (напряжения), которая может достигать 100 кВ. Сфокусированный в небольшой пучок луч при касании поверхности материала обеспечивает сверхвысокую плотность мощности, в результате чего электроны могут проникать в металл на определенную глубину. Именно во время такого проникновения электрон отдает накопленную энергию, что приводит к нагреву и плавлению места контакта.

 

Схема процесса

 

 

Сравнение результатов

Чтобы в процессе электронно-лучевой сварки заряд источника не расходовался на преодоление молекул воздуха или другого газа, обработку материала выполняют в условиях вакуума с внутренним давлением от 10

-1до 10-3 Па. Такой подход позволяет создать практически идеальную инертную среду для сварки.
Однако следует обратить внимание, что применять вакуум не всегда целесообразно, т.к. это очень дорогостоящий процесс. Для решения задач, не имеющих подобных повышенных требований к точности и допускам, используют защитные сварочные смеси газов (подробную информацию о них можно найти здесь).

 

Советское видео о техпроцессе:

А здесь можно увидеть, как все происходит на современном оборудовании:

 

Где применяется электронно-лучевая сварка

Поскольку ЭЛС обладает высокой плотностью создаваемой мощности, которая достигает 108 Вт/см², и осуществляется в вакуумной среде, подобная технология дает возможность скреплять тугоплавкие и химически активные металлы и их сплавы, такие как:

  • вольфрам;
  • тантал;
  • молибден;
  • ниобий;
  • цирконий;
  • титан;
  • алюминий;
  • высоколегированная сталь.

Данные материалы можно сваривать как в однородных, так и разнородных сочетаниях при разных толщинах и температурах плавления. Естественно, выбор ускоряющего напряжения, силы тока луча и скорость обработки во многом зависят от физико-механических свойств детали. Например, при работе с вольфрамом толщиной 0,5 мм разность потенциалов составляет 18 кВ, ток равен 40 мА, а скорость перемещения луча достигает 60 м/ч. Тогда как для 35-миллиметровой стали эти показатели будут несколько иными: 22 кВ, 500 мА, 20 м/ч.

Электронно-лучевой сварочный процесс получил широкое применение в тех отраслях, где нежелательна или невозможна высокая термообработка изделия, при этом шов должен отличаться большой надежностью и эстетической привлекательностью. Поэтому ЭЛС часто используется в авиакосмической сфере, энергетике, машиностроительной промышленности, приборостроении и электровакуумном производстве.

Шов крепления нержавеющей стали

 

Преимущества и недостатки по сравнению с другими видами сварки

Как уже отмечалось, электронный луч отличается высокой плотностью мощности, уступая по этому показателю только лазерному лучу и значительно превосходя ацетилено-кислородное пламя и электрическую дугу. Кроме того, площадь пятна нагрева является минимальной и составляет около 10-5 см² (для сравнения, при обработке металлических деталей ацетиленом создается пятно контакта минимум 0,2 см², а электрической дугой – 0,1 см²).

Еще одним существенным преимуществом ЭЛС является полная дегазация рабочей области, в результате чего достигается высококачественное соединение химически активных металлов. Отсутствие воздействия атмосферных кислорода и водорода на шов позволяет добиться его более однородной и плотной структуры, а также избежать последующей коррозии.

Основной недостаток описываемого способа – высокие затраты на создание условий вакуума. Этот метод сварки работает в узкоспециализированном диапазоне задач, для высокотехнологичных дорогостоящих деталей с серьезными требованиями по допускам.

Классификация по тонкости шовных соединений

К минусам электронно-лучевого воздействия также можно отнести высокие требования к качеству обрабатываемой поверхности, которая в обязательном порядке должна быть очищена от следов консервации, ржавчины и других дефектов. При этом очистку материала, как правило, выполняют в несколько этапов – начиная механической обработкой и заканчивая применением специальных химических реагентов. К тому же после загрузки подготовленных деталей в камеру требуется длительное время для достижения необходимого вакуума, что не всегда подходит для серийного и массового производства.

В этом плане ацетилено-кислородная и электро-дуговая технологии являются более простыми и производительными. И если в первом случае шов не всегда выглядит эстетично, то при использовании электрической дуги многое зависит от применяемой защитной среды. Правильно подобранная смесь не только делает соединение более аккуратным, но и существенно повышает его надежность. Подробнее про сварочные смеси для разных видов металлов вы можете узнать, перейдя по этой ссылке.

Электронно-лучевая сварка - сущность, типы, преимущества

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка (или просто лучевая, ЭЛС.) является одним из быстро развивающихся способов соединения различных тугоплавких металлов, разнородных, химически активных, качественных сталей, сплавов высокой прочности на основе титана и алюминия.

Лучевая сварка — процесс, основанный на использовании тепла, выделяемого во время торможения остросфокусированного пучка заряженных частиц, ускоренных до высоких энергий. Широкое применение этот источник нагрева приобрел лишь с развитием вакуумной техники и электронной оптики, только после этого он стал применяться в металлургической технике.

Стимулом для поиска нового способа соединения послужили сложности с трудносвариваемыми металлами: молибден, тантал, цирконий, ниобий и вольфрам отличаются высокой температурой плавления и химической активностью, что требовало использования источников тепла большой концентрации и большой защищенности зоны сварки.

Сущность процесса ЭЛС

Основным компонентом является электронный луч, который создается особым прибором — электронной пушкой.

Как видно из рисунка ниже, пушка имеет катод (2), который размещен внутри прикатодного электрода (3). На определенном расстоянии от катода располагается ускоряющий электрод с отверстием — анод (4). Пушка питается электрической энергией от высоковольтного источника постоянного тока (5).

Чтобы увеличить плотность энергии в электронном луче после выхода из первого анода электроны концентрируются магнитным полем в магнитной линзе (6), Летящие электроны, сфокусированные в плотный пучок, ударяются на большой скорости о малую площадку на изделии (1). На данном этапе кинетическая энергия электронов вследствие их торможения превращается в теплоту, таким образом нагревая металл до высоких температур.

Для перемещения электронного луча по изделию на пути движения электронов размещают магнитную отклоняющую систему (7), которая позволяет установить луч строго по ли­нии сварки.

Для того, чтобы снизить потерю кинетической энергии электронов вследствие соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в пушке создается вакуум около 10-4 — 10-6 мм рт.ст. Столь высокая концентрация энергии луча (до 109 Вт/см2) при минимальной площади места нагрева (до 10-7 см2) ведет к уменьшению термических деформаций в ходе сварки и формированию шва с кинжальной формой проплавления.

Технический вакуум при ЭЛС выполняет несколько функций:

  • снижает потерю кинетической энергии электронов, позволяя частицам достигать поверхности изделия почти не соприкасаясь с молекулами воздуха;
  • предотвращает дуговой разряд между анодом и катодом, обеспечивает химическую защиту катода;
  • защищает расплавленный металл от взаимодействия с окружающей атмосферой более эффективно, чем защитный газ, флюс;
  • способствует улучшению дегазации сварочной ванны и удалению оксидных пленок, что сказывается на качестве соединения.

Техника ЭЛС

Из рисунка ниже видно, какую форму имеет проплавление по технике лучевой сварки. Плавка металла лучом (1) происходит по передней стенке углубления (2) — кратера, — а расплавляемый металл сдвигается по боковым стенкам к задней стенке (4), где он кристаллизуется (3).

Возможна сварка непрерывным лучом, однако при работе с легкоиспаряющимися металлами (например, магний, алюминий) уменьшается эффективность электронного потока, как и количество выделяющейся теплоты ввиду потери энергии при ионизации паров металлов. Здесь рекомендуется проводить сварочные работы импульсным электронным лучом с частотой импульсов 100-500 Гц и с большой плотностью энергии. Данная манипуляция ведет к повышению глубины конуса проплавления. Таким способом возможно сваривать очень тонкие металлические листы. В случае, если происходит образование подрезов, их можно удалить сваркой расфокусированным либо колеблющимся лучом.

Параметры режима лучевой сварки и типы сварных соединений

Основные параметры режима ЭЛС включают:

  • степень вакуумизации;
  • силу тока в луче;
  • скорость движения луча по поверхности изделия;
  • ускоряющее напряжение;
  • точность фокусировки луча;
  • продолжительность импульсов и пауз.

Режимы электронно-лучевой сварки отражены в таблице ниже:

МеталлТолщина, ммРежим сваркиШирина шва, мм
ускоряющее напряжение, кВсила тока луча, мАскорость сварки, м/ч
Вольфрам0,518-2040-50601,0
1,020-2275-80501,5
Тантал1,020-2250501,5
Сталь вида 18-81,518-2050-6060-702,0
20,020-22270507,0
35,020-2250020
Молибден + вольфрам0,5 + 0,518-2045-5035-501,0

Для передвижения электронного луча по изделию необходимо перемещать само изделие или луч при помощи отклоняющей системы. Эта система позволяет осуществлять колебания луча как вдоль, так и поперек шва, а также по более сложной траектории.

До начала сварки требуется соблюдение точной сборки деталей и точное направление луча по оси стыка. Так, при толщине металла до 5 мм зазор составляет не более 0,07 мм, при толщине до 20 мм — до 0,1 мм с отклонением луча не более 0,2-0,3 мм. Для увеличенных зазорах (с целью предупреждения подрезов) понадобится дополнительный металл в виде присадочной проволоки либо технологических буртиков. Изменяя размер зазора и количество добавленного металла, можно довести долю присадочного металла по шву до 50%.

Основные типы сварных соединений

Рассмотрим основные типы сварных соединений, которые рекомендуются для электронно-лучевой сварки. Рисунок ниже демонстрирует следующие виды:

  • а) — стыковое;
  • б) — замковое;
  • в) — стыковое с деталями разной толщины;
  • г) — угловое;
  • д), е) — стыковое при сварке шестерен;
  • ж) — стыковое с отбортовкой кромок.

 

 

Особенности сварки лучевого типа

Процесс лучевой сварки характеризуют две особенности:

  • процесс сварки реализуется в вакуумной среде, что гарантирует получение максимально чистой поверхности и дегазацию расплавленного металла;
  • нагрев происходит до очень высоких температур, таким образом металл быстро плавится, а шов в результате обработки получается мелкозернистый и минимальной ширины.

Данные особенности позволяют работать со сплавами, чувствительными к интенсивному нагреву. Электронно-лучевой сваркой изготовляют детали из алюминиевых и титановых сплавов, высоколегированных сталей. Металлы и сплавы подвергаются сварке в однородных и разнородных комбинациях, разными по толщине и температуре плавления. Минимальная толщина свариваемых заготовок — 0,02 мм, а максимальная – до 100 мм.

Достоинства и недостатки электронно-лучевой сварки

Сварка электронным лучом имеет ряд весомых преимуществ, среди которых:

— Малое количество вводимой теплоты. В большинстве случаев для получения одинаковой глубины проплавления при сварке данного типа потребуется теплоты в 5 раз меньше, чем при дуговом виде, что значительно снижает коробление изделий;

— Возможность сварки керамики и тугоплавких металлов (тантала, вольфрама), керамики и т. д. С четкой фокусировкой луча становится возможным нагреть поверхность диаметром менее миллиметра. Это в свою очередь позволяет единовременно приваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра;

— Высокое качество сварных соединений химически активных металлов и сплавов: молибдена, титана, ниобия, циркония. Как правило, во многих случаях происходит дегазация металла шва и одновременно повышение его пластических характеристик. ЭЛС также незаменима при соединении низкоуглеродистых, коррозионно-стойких, медных, никелевых сталей, алюминиевых сплавов.

Но несмотря на большее количество достоинств, ЭЛС имеет и минусы.

Недостатки электронно-лучевой сварки

— Время затрата при создании вакуума в рабочей камере после загрузки изделий;

— Возможность образования несплавлений, полых отверстий в корне шва при сваривании металлов с большой теплопроводностью, а также швах с большим отношением глубины к ширине.

Применение ЭЛС оправдано, когда нужно проводить работы в труднодоступных и неудобных местах. Сварка данной разновидности универсальна и экономична. Универсальность этой сварки выражена тем, что посредством нее соединяют изделия как с любой разделкой кромки, так и без разделки. Экономичность же заключается в сравнительно малом потреблении электричества.

Сегодня на отечественных предприятиях применяется электронно-лучевое оборудование с пушками прямого и косвенного накала катодов и собственного производства, и от иных российских и зарубежных фирм. В установках с внутрикамерным расположением лучевых пушек есть возможность сварки соединений горизонтальным либо наклонным лучом по сложным траекториям движения. Точная механика в сочетании с компьютерными технологиями и системами управления устраняют зависимость качества итоговых соединений от человеческого фактора, то есть присутствие оператора-сварщика практически исключается, так как процесс происходит почти автоматизировано. Сварочное оборудование несложно в эксплуатации и его обслуживание не подразумевает затрат трудовых ресурсов. Запрограммировав установку, нужно лишь следить за тем, как луч наводится в нужное место и следует вдоль стыка. От рабочего персонала потребуется только изменять мощность луча и регулировать фокусировку на конкретном отрезке траектории стыка.

В целом, электронно-лучевая сварка – это рациональное и перспективное направление в развитии современных технологий сварки!

Похожие статьи

Электронно-лучевая сварка: технология, процесс и особенности

Существует достаточно большое количество различных тугоплавких металлов, которые соединить между собой можно только при применении специальной технологии электронно-лучевой сварки. Ее суть заключается в фокусировании пучка света, который при воздействии на поверхность проводит ее нагрев.

Электронно-лучевая сварка

Электронно лучевая сварка

Сегодня электроннолучевая сварка считается одной из быстро развивающихся технологий. Она применяется для работы с тугоплавкими и химическими активными, разновидными веществами и качественными сплавами. Среди ключевых моментов электронно лучевой сварки можно отнести следующие моменты:

  1. Сваривание проводится за счет использования кинетической энергии летящих электронов, которые при соприкосновении с поверхностью становятся причиной нагрева поверхности.
  2. Развитие подобного метода электронной сварки можно связать с появлением современной вакуумной техникой и электронной оптики. Только после того как стали производить подобное оборудование технология стала часто использоваться в металлургической области.

Установка для электронно-лучевой сварки

Электронно лучевая сварка может оказывать требуемое воздействие на твердые и тугоплавкие сплавы. За счет локального воздействия температуры можно получить качественное соединение.

Сущность процесса ЭЛС

Электронная пушка применяется в качестве генератора светового пучка. К ее особенностям отнесем следующие моменты:

  1. В качестве генератора пучка и его перенаправления устанавливаются электроды и катоды.
  2. Для того чтобы сфокусировать луч устанавливается оптический элемент. В зависимости от типа оборудования он может изготавливаться из различных материалов.
  3. В качестве питания применяется бытовая сеть. Увеличить напряжение и другие параметры можно за счет встроенного трансформатора.

Технология электронно лучевой сварки предусматривает фокусирование луча за счет магнитной линзы. При касании электроны соударяются на большой скорости с небольшой поверхностью, при возникновении трения вырабатывается тепловая энергия. На этом этапе пучок кинетическая энергия становится тепловой, повышается пластичность обрабатываемого материала, и он плавится.

Процесс электронно лучевой сварки связан с применением специального оборудования. Оно позволяет получить качественное соединение, которое будет выдерживать существенное механическое воздействие и окружающей среды.

Существенно снизить потери энергии можно при проведении рассматриваемого процесса в условиях вакуума. За счет этого исключается вероятность термической деформации. Вакуумная среда выполняет несколько основных функций, которые должны учитываться:

  1. Если сравнивать применение вакуумной среды с газовой или флюсом, то она защищает обрабатываемую поверхность более эффективно.
  2. Обеспечивается высокая химическая защита катода.
  3. Снижается потеря кинетической энергии. Это связано с тем, что частицы сфокусированного луча не соприкасаются с молекулами воздуха.
  4. Повышается эффективность дегазации сварочной ванной. Вакуумная среда исключает вероятность появления оксидной пленки.

Схема ЭЛС

Однако, применение вакуумной среды существенно повышается стоимость процедуры. Это связано с тем, что специальное оборудование обходится достаточно дорого.

Техника ЭЛС

Электронно лучевая сварка характеризуется определенными особенностями, которые нужно учитывать. Среди особенностей выделим следующие моменты:

  1. Плавка проходит по средней стенке углубления. Выполнять сварку нужно с учетом того, что расплавленный металл будет перемещаться к задней части сварочной ванной. После этого он начинает кристаллизоваться.
  2. Можно проводить плавку непрерывным лучом. Исключением можно назвать обработку сплавов из алюминия или магния. Слишком высокая температура становится причиной ионизации паров. Именно поэтому в подобном случае рекомендуется применять импульсный луч.

При применении технологии, которая связана с воздействием на поверхность импульсного луча можно провести обработку заготовок небольшой толщины.

Параметры режима лучевой сварки и типы сварных соединений

Для качественной обработки поверхности материала следует рассмотреть основные параметры проведения электронной лучевой сварки. Они следующие:

  1. Степень вакуумизации. Вышеприведенная информация определяет то, что при сварке в условиях вакуума существенно повышается эффективность процесса.
  2. Показатели подаваемого тока в луче могут варьировать в большом диапазоне. Это связано с тем, что для толстых заготовок повышается показатель силы тока.
  3. Скорость передвижения луча по поверхности определяет производительность технологии. Кроме этого, скорость передвижения увеличивается для исключения вероятности прожига металла.
  4. Точность фокусировки луча также определяет эффективность процедуры. Этот показатель зависит от того, какое применяется оборудование.
  5. Продолжительность пауз. Некоторые технологии предусматривают прерывистое воздействие светового импульса.

Образцы электронно-лучевой сварки

Основные параметры можно найти в специальных таблицах. Применяемое оборудование позволяет вводить основные параметры.

Особенности сварки лучевого типа

Технология применения сфокусированного луча встречается крайне редко. Рассматривая особенности сварки лучевого типа уделяется внимание следующим моментам:

  1. Получить чистую поверхность и обеспечить максимальную степень дегазации металла можно только в случае проведения работы в условии вакуума.
  2. Нагрев проводится до высокой температуры, за счет обеспечивается плавка металла в зоне контакта. За счет этого получается мелкозернистый шов с привлекательными характеристиками.

Подобный метод не приводит к образованию трещин. Именно поэтому он используется для работы с материалами, которые восприимчивы к сильному нагреванию и могут плавится.

Применение ЭЛС

Примером можно назвать процесс изготовления деталей из различных алюминиевых сплавов. Минимальная толщина обрабатываемых деталей составляет 0,02 мм, максимальный показатель около 100 мм.

Достоинства и недостатки электронно лучевой сварки

Как и у многих других технологий, у рассматриваемой также есть достоинства и недостатки. К положительным сторонам можно отнести:

  1. На поверхность воздействует меньшее количество тепла. Как правило, при дуговой сварке оказывается более высокое тепловое воздействие. За счет этого существенно повышается степень коробления металла. Слишком высокая температура приводит к изменению кристаллической структуры.
  2. Есть возможность провести обработку керамики и некоторых других трудноплавких металлов. При фокусировании луча можно проводить обработку поверхности диаметром менее одного миллиметра.
  3. Высокое качество получаемого шва определяет то, что технология может применяться для получения ответственных изделий и декоративных элементов. Сфокусированный луч приводит к дегазации металлического шва, за счет чего повышается степень пластичности и некоторые другие параметры. Провести электронную сварку можно также и коррозионностойких сплавов.
  4. Применяемое оборудование позволяет проводить регулировку мощности в достаточно большом диапазоне. Поэтому электронно лучевая сварка может использоваться для работы с различными заготовками.
  5. Можно получить узкий, но глубокий шов. За счет этого существенно повышается прочность соединения.
  6. При выборе импульсного режима можно исключить вероятность деформации поверхности из-за воздействия высокой температуры.
  7. Метод может использоваться для термической обработки и перфорации, а также резки металла.

Есть и определенные недостатки. Они следующие:

  1. Для создания вакуумной среды требуется определенное время. Именно поэтому существенно снижается показатель производительности подобной технологии.
  2. В корне шва может появится полое отверстие. Именно поэтому следует проводить контроль качества соединения при применении специального оборудования.

Электронно лучевая сварка оправдана в том случае, если нужно провести обработку труднодоступных мест. Экономичность связана с небольшим показателем потребления энергии.

Виды сварочных лучевых установок

Оборудование для электронно лучевой сварки характеризуется высокой эффективность применения. Однако, сложность конструкции определяет ее высокую стоимость. В продаже встречается:

  1. С элементом прямого накала катодов.
  2. С элементом косвенного накала.

Некоторые установки электронно лучевой сварки могут проводить обработку поверхности по криволинейным траекториям. Для этого проводится установка компьютера, который и контролирует положение исполнительного органа относительно обрабатываемой поверхности.

Электронно-лучевая сварочная установка

Модели, выпускаемые зарубежными производителями, характеризуются высокой степенью автоматизации. Наибольшей эффективностью пользуется метод полного проплавления соединительного стыка.

Область применения

Как ранее было отмечено, рассматриваемый метод применяется для соединения различных материалов и сплавов, которые характеризуются высокой устойчивостью к воздействию тепла. Область применения следующая:

  1. Обработка алюминия.
  2. Соединение изделий, представленных сплавов из титана.
  3. Обработка бериллиевых металлов.
  4. Работа с танталом, ниобием, цирконием.
  5. Обработка легированных сталей.

Качественные изделия могут получать в ракетостроении и атомной энергетике. Это связано с тем, что лучевая технология позволяет получить однородный шов.

Использование сварки в промышленности

Применение ЭЛС постоянно расширяется несмотря высокую себестоимость процесса и некоторые ее недостатки. Технология характеризуется показателем КПД почти 95%. Этот показатель больше чем у более распространенной дуговой сварки.

Промышленное применение выражено следующим образом:

  1. При работе с активными металлами.
  2. При обработке термоупрачненных металлов.
  3. Для соединения тугоплавких материалов.
  4. При работе с камнем и керамикой.
  5. Для создания ответственных деталей.

Сегодня ЭЛС получила широкое распространение в сфере производства электронных изделий. За счет вакуума можно обеспечить герметизацию микросхем. При этом на поверхность может оказывать воздействие самая различная температура. Производительные установки подходят для работы в сфере авиации. Объем камер может варьировать в большом диапазоне. В заключение отметим, что в последнее время технология активно развивается. Это связано с возможностью получения качественных изделий при небольших затратах.

область применения, особенности технологии и оборудование

Электронно-Лучевая Сварка (ЭЛС) — это один из видов сварки плавлением. Источником энергии для осуществления процесса ЭЛС служит электронно-лучевая пушка с системой управления электронным пучком (лучом).


ГОСТ

Технология процесса ЭЛС регламентируется отраслевыми стандартами и подлежит контролю качества по ГОСТ ISO 13919-1—2017 «Сварка. Соединения, полученные электронно-лучевой и лазерной сваркой. Руководство по оценке уровня качества для дефектов».

Область применения

Этот вид неразъёмного соединения различных материалов нашел широкое применение в авиационно-космической технике, судостроении, строительстве, микроэлектронике и других сферах человеческой жизнедеятельности, где необходимо сваривать тугоплавкие, прецизионные (особо чистые) материалы с уникальными свойствами.


Такие металлы, как вольфрам, тантал, молибден, ниобий, имеющие температуры плавления выше 2500 °C, могут быть сварены только лучевыми методами сварки.

Уникальность метода заключается в том, что с его помощью удается сваривать как сверхтонкие детали толщиной до десятков микрон, так и особо толстые (200…300 мм) конструкции из однородных и разнородных металлов и даже некоторые неметаллические материалы.

Особенности процесса электронно-лучевой обработки

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме под воздействием электромагнитного поля. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в сварочной камере создают вакуум до 10-6 Па.

Электронный луч в зоне сварки обладает высокой мощностью, превосходящей альтернативные сварочные источники, уступая по некоторым параметрам только лучу лазера.

Сварка может производиться как непрерывным, так и импульсным электронным лучом. Импульсные лучи большой плотности с частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легко испаряющихся металлов, таких, как алюминий, магний, цинк.

Схема электронно-лучевой сварки

ЭЛС позволяет соединять между собой термоупрочненные, тугоплавкие, а также химически активные при высоких температурах материалы. Создает минимальную околошовную зону термического влияния.

КПД электронно-лучевой сварки составляет рекордные 85…90 %. Но такие достижения сопряжены с большими капитальными затратами на оборудование.

Речь идет не только об основном технологическом оборудовании, но и о системах обеспечения вакуума, необходимого для ведения процесса сварки, а также о ЧПУ для автоматизированного управления этим процессом.

Технология и оборудование

Оборудование для электронно-лучевой сварки можно разделить:

  • на универсальное, то есть предназначенное для реализации различных технологических процессов по обработке любых материалов: разделительная резка и прожигание отверстий; сварка и наплавка; нанесение покрытий и напыление; гравировка и т. д.
  • и специализированное – предназначенное для выполнения конкретных операций при изготовлении серийных деталей и конструкций.

В состав оборудования входят:


  1. Электронная пушка, создающая эмиссию и ускорение электронов.
  2. Фокусирующая электромагнитная линза, концентрирующая электронный луч и способствующая увеличению плотности потока электронов.
  3. Электромагнитная отклоняющая система для точного управления лучом.
  4. Вакуумная установка, которая исполняет следующие функции: удаляет атмосферные газы, молекулы которых препятствуют свободному прохождению электронного луча; обеспечивает защиту от воздействия газов и влаги атмосферы на расплавленный металл и зону термического влияния.

Для ЭЛС применяются установки и агрегаты камерного типа (свариваемые детали помещаются целиком в рабочую камеру) и бескамерные (вакуум создается локально — только в месте выполнения сварочных работ).

Технологические приемы и регулируемые параметры ЭЛС

Технологические приемы:

  1. Для уменьшения пор в сварном шве применяют регулировку наклона луча на 5-7° от перпендикуляра.
  2. Для легирования металла шва возможно применение присадок.
  3. Применение способа соединения без разделки кромок или в узкую разделку.
  4. Одновременное или последовательное использование двух электронных лучей, при этом один луч производит проплавление металла, а второй формирует корень шва.
  5. Возможность варьировать продольную и поперечную развертку электронного луча по форме сечения.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки:

  • сила тока в луче;
  • ускоряющее напряжение;
  • скорость перемещения луча по поверхности изделия;
  • продолжительность импульсов и пауз;
  • точность фокусировки луча;
  • глубина вакуума.

Преимущества и недостатки

Обычно преимущества и недостатки определяются в сравнении с аналогами. В данном случае приходится говорить об условных недостатках, так как для определенных конструкций и свариваемых материалов просто нет альтернативных методов и аналогов для сравнения. Главным и непревзойденным преимуществом является высокое качество сварных швов.

ПреимуществаНедостатки
  • высокая концентрация энергии позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от 0,01 до 300 мм;
  • КПД в 10-15 раз выше, чем при дуговой сварке;
  • отсутствует взаимодействие расплавленного металла с атмосферными газами, что положительно влияет на качество шва;
  • значительно снижаются сварочные деформации деталей и конструкций;
  • возможность сварки соединений различных конфигураций, в том числе принципиально новых, не выполнимых традиционными методами сварки плавлением;
  • высокая производительность и экономичность;
  • наличие существенных предпосылок для комплексной автоматизации и роботизации процесса сварки
  • большие капитальные затраты на приобретение оборудования;
  • повышенные требования к точности сборки;
  • требуется высокая квалификация операторов и обслуживающего персонала;
  • необходимость создания вакуума в рабочей камере, что приводит к увеличению трудоемкости подготовительно-заключительных процессов;
  • генерация мощных электромагнитных полей и рентгеновского излучения. Это приводит к принятию дополнительных мер по охране труда и технике безопасности

электронно-лучевая печь - это... Что такое электронно-лучевая печь?

электронно-лучевая печь
электро́нно-лучева́я печь
печь для получения особо чистых металлов и сплавов. В такой печи вещество плавится за счёт тепла, выделяющегося при соударении пучка электронов (луча) с поверхностью расплавляемого образца. Основные узлы электронно-лучевой печи: электронная пушка для создания пучка электронов; плавильная камера; водоохлаждаемый кристаллизатор из меди; автономные вакуумные системы для создания глубокого вакуума в пушке и плавильной камере (порядка 1—10 МПа). Вакуум необходим для того, чтобы пучок электронов на пути к нагреваемому телу не терял энергию за счёт взаимодействия с молекулами газов, а также для удаления из расплавленного материала летучих примесей. На рисунке показана принципиальная схема печи с одной электронной пушкой. Электронная пушка создаёт мощный пучок электронов (электронный луч), который направляется в плавильную камеру, где находится расплавляемый образец. Под действием электронного потока образец нагревается до температуры плавления и в расплавленном состоянии стекает в кристаллизатор, где охлаждается и кристаллизуется в слиток. В мощных печах, предназначенных для плавки слитков весом до нескольких тонн, применяют несколько электронных пушек. Электронно-лучевые печи используют для получения тугоплавких металлов и сплавов на их основе (тантал, ниобий, молибден, цирконий, титан), а также для выплавки многотонных стальных слитков. Суммарное содержание примесей в материалах электронно-лучевого переплава составляет 10–3 —10–4 % масс.

Схема электронно-лучевой печи:

1 – электронная пушка; 2 – электронный пучок; 3 – плавильная камера; 4 – расплавляемый образец; 5 – выплавляемый слиток; 6 – охлаждаемый водой медный катализатор

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

  • электронное издание
  • электронно-лучевая сварка

Смотреть что такое "электронно-лучевая печь" в других словарях:

  • электронно-лучевая печь — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN cathode ray furnaceelectron beam furnace …   Справочник технического переводчика

  • электронно-лучевая печь — [electron beam furnace, ЕВМ furnace] электрическая печь с теплогенерацией за счет кинетической энергии электронов, ускоренных в эдектростатическом поле электронной пушки и бомбардирующих поверхность нагреваемого металла. Возможность электронной… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • электронно-лучевая печь — elektronpluoštė krosnis statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. cathode ray furnace; electron beam furnace vok. Elektronenstrahlofen, m rus. электронно лучевая печь, f pranc. four à rayons cathodiques, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ПЕЧЬ — высоковакуумная печь для получения особо чистой стали и тугоплавких материалов,в к рой нагрев основан на превращении кинетич. энергии ускоренных в электростатич. поле электронов в тепловую энергию при их ударе о поверхность нагреваемого объекта.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • Электронно-лучевая печь — высоковакуумная (вакуум 10 МПа 10 мкПа) печь для переплава особо чистой стали и тугоплавких материалов, в которой нагрев основан на превращении кинетической энергии ускоренных в электростатическом поле электронов в тепловую энергию при их ударе о …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ПЕЧЬ — высоковакуумная (вакуум 10 МПа 10 мкПа) печь для переплава особо чистой стали и тугоплавких материалов, в которой нагрев основан на превращении кине тической энергии ускоренных в электроста тическом поле электронов в тепловую энергию при их ударе …   Металлургический словарь

  • электронно-лучевая печь с катодами Венельта и обрабатываемым металлом в качестве анода — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN anode drop furnace …   Справочник технического переводчика

  • электронно-лучевая печь с кольцевым катодом — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electron beam furnace with annular cathode …   Справочник технического переводчика

  • электронно-лучевая гарнисажная печь — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electron beam skull furnace …   Справочник технического переводчика

  • печь электрошлакового переплава — [electroslag remelting furnace, ESR furnace] печь сопротивления косвенного действия с жидким теплоносителем в виде расплавленного синтетического шлака, рафинирующего переплавланный металл; применяется в спецэлектрометаллургии, в машиностроении… …   Энциклопедический словарь по металлургии

Электронно-лучевая стерилизация — АО НПП Торий

  Скачать презентацию

Электронно-лучевой способ использует высокий уровень энергии электронов в качестве средства стерилизации. Электроны ускоряются до скорости света с помощью линейного ускорителя. Энергия электронов в диапазона от 3 до 10 млн. электронвольт (МэВ) с мощностью пучка в диапазоне от 1 до 10 кВт оказывается достаточной для проникновения в продукт, герметично упакованный в готовую к отгрузке тару. Электроны, сканируя продукт, проходят через множество вторичных частиц, включая ионы и свободные радикалы. Вторичные частицы разрывают ДНК-цепочки микроорганизмов и на внутренней поверхности упаковки, и внутри продукта, блокируя таким образом их дальнейшее размножение. Патогенные микробы разрушаются, и вследствие этого происходит стерилизация продукции.

Электронно-лучевое (ЭЛ) излучение не предполагает глубинного проникновения в толщу продукта, как это делает гамма-излучение.В зависимости от плотности продукции ЭЛ-излучение проникает в продукт на глубину до 40 см от поверхности. Действие ЭЛ-излучения ограничивается несколькими секундами, в отличие от многочасового воздействия на продукт гамма-излучением. Кратковременность воздействия ускоренных электронов снижает возможные эффекты окисления, сводя к минимуму нарушения в структуре как продукта, так и упаковочного материала. Стоимость стерилизации ионизирующим излучением в 4-5 раз ниже, чем стоимость стерилизации термическим или газовым способом.

Обработка осуществляется на двух последовательно установленных ускорителях "УЭЛВ-10-10", разработанных в АО "НПП "Торий". Ускорители расположены в защитном бетонном помещении (толщина стен до 1,7м, двойные засыпные двери массой по 12 тонн). Ускорители используются в качестве источника излучения генерирующего типа. Процесс обработки заключается в сканировании обрабатываемой продукции пучком ускоренных электронов при непрерывном перемещении ее в зоне выпускного окна ускоряющего волновода.

Телефон для обращения по вопросам стерилизации: +7 (499) 789-96-72.

Если вы заинтересовались данными услугами, напишите нам

Электронно-лучевая сварка - обзор

Электронно-лучевая сварка

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) - это процесс сварки плавлением, в котором используется тепло, выделяемое пучком электронов высокой энергии. Электроны ударяются о заготовку, и их кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию, нагревая металл, так что края заготовки сплавляются и соединяются вместе, образуя сварной шов после затвердевания. EBW часто выполняется в условиях вакуума, чтобы предотвратить рассеяние электронного луча. Электронно-лучевые системы высокой мощности для сварки используются в аэрокосмической, автомобильной, оборонной, полупроводниковой, медицинской, ядерной, нефтегазовой, электроэнергетической и многих других отраслях промышленности.В современных самолетах есть компоненты, изготовленные с использованием электронно-лучевой сварки. Сварка композитов стала горячей темой, в которой задействовано большинство методов сварки. В EBW одним из ключевых факторов успешной сварки композитов SiCp / Al является предотвращение разложения SiC в процессе сварки. Хай-чао и др. . (2010) сообщили, что если электронный луч управляется для движения в круговом режиме во время процесса сварки, это вызовет эффект перемешивания в ванне расплава, поскольку это полезно для уменьшения пор и содействия однородному распределению частиц.Кроме того, импульсный электрон, предотвращающий непрерывное движение замочной скважины, также полезен для стабильности замочной скважины. Хуанг и др. . (2001) сообщили, что поглощение энергии электронного луча в вакууме не показало очевидных различий в 6061 Al или композитах. Только эффективность плавления увеличивалась с увеличением содержания SiC.

Чен и др. . (2015) исследовали электронно-лучевую сварку композита SiCp / Al и Ti-6Al-4V со скоростью сварки 300 мм / мин.Результаты показали, что внешний вид сварного шва и механические свойства были плохими, когда источник тепла располагался в середине стыкового соединения. Он представлен на рис. 9. Хорошо сформированное соединение с пределом прочности на разрыв 108,9 МПа было получено при отклонении источника тепла на 0,3 мм в сторону Ti-6Al-4V.

Рис. 9. Внешний вид шва после сварки без отклонения (оптические изображения) а - фасадная сторона шва; (б) поперечное сечение сварного шва.

Воспроизведено по материалам Chen, G.Q., Zhang, B.G., Лю, Л. Ю., Фэн, Дж. К., 2015. Электронно-лучевая сварка композита SiCp / Al с Ti-6Al-4V. Инновации в исследовании материалов 19 (Приложение 5), S5-1309.

Storjohann и др. . (2005) представили оптические микроструктуры сваренных плавлением композитов Al-Al 2 O 3 и SiC при разном увеличении, как показано на рис. 10 и 11. Твердость композита Al-Al 2 O 3 BM немного мягче (100–140 HV), чем твердость композита Al-SiC (180–190 HV) BM.Области BM и HAZ иногда проявляют большую твердость из-за предпочтительного отбора проб большой объемной доли арматуры.

Рис. 10. Оптические микрофотографии сварных швов плавлением, выполненных различными способами сварки на композитах Al-Al 2 O 3 , сравниваются: (а) через (в) сварные швы GTA, (d) через (f) EB-сварные швы и (g) через (i) сварные швы LB.

Воспроизведено из Storjohann, D., Barabash, O.M., Babu, S.S., David, S.A., Sklad, P.S., Bloom, E.E., 2005.Сварка плавлением и трением с перемешиванием композитов алюминий-металлическая матрица. Металлургические операции и операции с материалами A 36, 3237.

Рис. 11. Оптические микрофотографии сварных швов плавлением, выполненных с использованием различных процессов сварки на композитах Al-SiC, сравниваются: (a) через (c) сварные швы GTA, (d) через (f) сварные швы EB и (g) через (i) сварные швы LB. Игольчатые элементы на (c), (f) и (i) представляют собой карбиды алюминия, а угловатые выделения серого цвета представляют собой фазу кремния. Мелкая пестрая структура - это эвтектические компоненты, образующиеся на более поздних стадиях затвердевания сварного шва.Стрелками отмечены приблизительные местоположения FL, B1 и B2. Направления x и y находятся в плоскости микрофотографий, а направление z, перпендикулярное плоскости x-y, является направлением сварки.

Воспроизведено из Storjohann, D., Barabash, O.M., Babu, S.S., David, S.A., Sklad, P.S., Bloom, E.E., 2005. Сварка плавлением и трением с перемешиванием композитов алюминий-металл-матрица. Металлургические операции и операции с материалами A 36, 3237.

Кун и др. . (2011) исследовали сварочные свойства композита TiB 2 / ZL101 с использованием экспериментальной системы электронно-лучевой сварки (ЭЛ) с функциональным генератором.В таблице 3 показаны некоторые параметры сварки, использованные в этом эксперименте. Поперечное сечение и внешний вид поверхности ЭЛ сварных швов, выполненных при различных тепловложениях, показаны на Рис.12. Полное проплавление пластины происходит только при мощности ЭП 2340 Вт (образец 3), как показано на Рис.12 (c) и ( г). В ходе испытаний все отношения глубины к ширине были выше 2,5, а ЗТВ была очень узкой, поскольку диаметр пучка ЭП составлял всего 0,1 мм. При увеличении мощности до 2,8 кВт происходит чрезмерное проникновение, как показано на рис.12 (e) и (f).

Таблица 3. Параметры процесса EB-сварки TiB 2 / ZL101 MMC

№ шва. Ускоряющее напряжение / кВ Ток пучка / мА Скорость сварки / (мм / с) Частота сканирования / Гц Поглощение тепла / (Дж / мин) Отношение глубины к ширине
1 60 28 20 - 84 3,05
2 60 35 20 - 105 2.90
3 60 39 20 - 117 2,75
4 60 47 20 - 141 2,51
5 60 39 20 600 117 3,68
6 60 39 20 600 117 3.30

Примечание : Kun, P., Hai-chao, C., Feng-gui, L., et al., 2011. Механические свойства и износостойкость алюминиевого композитного материала, сваренного электронным лучом. Сделки Общества цветных металлов Китая 21, 1925–1931.

Рис. 12. Поперечное сечение и внешний вид сварных швов композита TiB 2 / ZL101 при различных параметрах процесса ЭП: (а) и (б) 28 А; (c) и (d) 39 A; (e) и (f) 47 A.

Воспроизведено по Huang, R.Y., Chen, S.C., Huang, J.C., 2001. Электронная и лазерная сварка сверхпластичных композитов Al-6061 / SiC с высокой скоростью деформации. Металлургические операции и операции с материалами A 32, 2575.

Huang et al . (2001) исследовали сварочные характеристики мелкозернистого 6061 Al и трех композитов 6061/1%, 5% и 20% SiC при сварке электронным пучком высокой энергии (EBW) и лазерной сварке. В армированных композитах зона плавления содержала некогда полностью расплавленную матрицу и полностью прореагировавший SiC, а зона термического влияния (HAZ) содержала частично расплавленную матрицу и почти непрореагировавший SiC.Этот эффект был особенно заметен в композите с 20% SiC. При увеличении содержания SiC от 0 до 20 pct отражение лазерного луча уменьшалось, а вязкость расплава увеличивалась из-за увеличения количества соединений Al 4 C 3 . Для мелкозернистого композита SiC 6061/20 pct HSRS образовалась резкая V-образная выемка под EBW. Высокая вязкость или низкая текучесть расплава внутри зоны плавления 6061/20 pct SiC привели к неполной засыпке и образованию надрезов. Размер пластин Al 4 C 3 находился в пределах 15–50 мм, а толщина обычно была менее 1 мм, как показано на увеличенной микрофотографии OM на рис.13.

Рис. 13. Увеличенные микрофотографии ОМ, показывающие (а) обширные продукты реакции Al 4 C 3 в FZ и (b) протяженную линию плавления между FZ и HAZ. СЭМ-микрофотографии, показывающие дисперсии SiC в HAZ (c) и BM (d) в сваренном электронно-лучевым способом 6061/20 pct SiC.

Воспроизведено по материалам Huang, R.Y., Chen, S.C., Huang, J.C., 2001. Электронная и лазерная сварка сверхпластичных композитов Al-6061 / SiC с высокой скоростью деформации. Металлургические операции и операции с материалами A 32, 2575.

Микроструктура сварных швов EB в SiC / LD2, выполненных при различных тепловложениях, показана на рис.14 (Чен и др. ., 2006). Микроструктура сварного шва, полученная при погонной энергии 30 Дж / мм, в основном состоит из матрицы SiC и Al. Матрица из алюминия имеет очень мелкую ячеистую структуру затвердевания из-за высокой скорости охлаждения. По сравнению с частицами полученного композита, поверхность уцелевшей частицы SiC в зоне плавления намного крупнее. Сварочный шов, выполненный с подводимой теплотой 36 Дж / мм, показал небольшие игольчатые выделения только в верхнем центре на рис. 14 (b).

Рис. 14. Типичная микроструктура сварного шва ЭЛ SiC p / LD2, полученного при различных тепловложениях: (а) 30 Дж / мм; (б) 36 Дж / мм; (c) 42 Дж / мм; (d) 48 Дж / мм.

Воспроизведено по материалам Chen, M.-A., Wu, C.-S., Zou, Z.-D., 2006. Электронно-лучевая сварка композита Sic / LD2. Сделка Общества цветных металлов Чайны 16, 818–823.

Electron Beam - обзор

Оборудование для облучения с использованием ускорителей электронного пучка (EB)

Ускоритель электронного пучка производит интенсивные пучки электронов высокой энергии (до 10 МэВ), что позволяет использовать такие средства облучения, преимущество обработки более высокой производительности по сравнению с источниками гамма-излучения . Использование энергии в таких установках также выше, поскольку луч направлен на продукт, а потери энергии минимальны, поскольку оборудование EB можно включать или выключать в зависимости от требований обработки.

Эти ускорители широко классифицируются в зависимости от диапазона энергий: ускорители с низкой, средней и высокой энергией, из которых средняя (4–5 МэВ) или высокая энергия (до 10 МэВ) идеальны для стерилизации упакованных продуктов. В электронно-лучевых облучателях оптимальное использование достигается, если продукты равномерно упакованы.

Промышленные ускорители могут быть либо ускорителями с прямым трансформатором, работающими в режиме постоянного тока (ELV, Dynamitron, Cockroft-Walton и т. , 2008).Сегодняшние ускорители предназначены для работы в режиме 24 × 7 с минимальным ручным вмешательством и обслуживанием.

Пакеты с продуктами (картонные коробки и т. Д.) Перемещаются под окном луча, где сканируемый электронный луч падает на продукт. Энергия, поглощаемая продуктом на единицу массы, изменяется в зависимости от степени, в которой атомы (продукта) рассеивают электроны (из луча) во всех направлениях. Электроны постепенно замедляются после каждого рассеяния, и это замедление увеличивает эффективность поглощения энергии продуктом.

Типичный профиль дозы по глубине в продукте показан ниже (рис. 4).

Рис. 4. Профиль дозы по глубине для электронного пучка 10 МэВ.

Из рисунка видно, что доза минимальна на поверхности, которая постепенно увеличивается (с увеличением толщины продукта) из-за рассеивания внутри продукта. Доза достигает пика при определенной толщине продукта, обозначенной как D max , и впоследствии доза уменьшается с увеличением ширины продукта.Доза на поверхности продукта известна как входная доза. Глубина внутри продукта, которая равна входной дозе, называется полезным диапазоном, который представляет собой эффективную толщину продукта, при которой электронный луч может вызвать желаемую стерилизацию / изменение продукта с минимальным DUR (отношением однородности дозы).

Позиция D мин. обычно находится на поверхности продукта. Приведенный выше (рис. 4) односторонний профиль излучения относится к воде. Однако для продуктов, имеющих более низкую плотность, полезный диапазон увеличился бы, тогда как коэффициент однородности дозы (DUR) уменьшился бы.Обратное происходит для продуктов с более высокой плотностью, т. Е. Полезный диапазон уменьшается, а DUR увеличивается. Из профиля можно сделать вывод, что полезный диапазон для единицы плотности продукта составляет 4 см толщины и DUR, то есть D max / D Min = 130/100 = 1,3. Чтобы увеличить толщину процесса (полезный диапазон), продукт необходимо обнажить с обеих сторон. Профиль дозы по глубине для двустороннего облучения показан на рис. 5. Эффективность обработки повышается, поскольку вся энергия выделяется внутри продукта.

Рис. 5. Профиль дозы излучения электронного пучка при двухстороннем облучении.

При воздействии пучков электронов с обеих сторон для упаковки продукта минимальная полученная доза будет на поверхности, а также в точке пересечения кривых с обеих сторон. Как показано на рис. 5, если толщина упаковки продукта для одностороннего облучения равна «x», то для двустороннего облучения толщина рассматриваемой упаковки продукта будет в два раза больше.

Проникновение электрона пропорционально его энергии и обратно пропорционально плотности продукта, которая представлена ​​в основной формуле (для энергии электронов больше 1 МэВ):

Penetrationcm = 0.524E – 0.1337 / ρ

где E = энергия пучка в МэВ, ρ = плотность продукта в г / см 3 .

Во время рутинных операций EB-облучателя важны два параметра для доставки желаемой дозы; а именно энергия и ток пучка. Энергия луча определяет максимальную толщину продукта, через которую можно эффективно проникнуть, в то время как ток помогает регулировать мощность дозы и, таким образом, время облучения, при котором продукт облучается.

Ниже приводится соотношение между толщиной процесса d (в см) и энергией для одностороннего облучения:

E = 2.63dρ + 0,32 для одностороннего облучения.

Однако, как объяснялось ранее, двустороннее облучение может помочь чуть более чем в два раза увеличить толщину продукта, на которую можно воздействовать определенной дозой с известным значением DUR:

E = 1,19dρ + 0,32 для двустороннего облучения.

Типичная компоновка ускорителя EB с различным оборудованием показана на рис. 6.

Рис. 6. (A) Схема «План» установки EB, где продукт на конвейере проходит под окном пучка (A) Экранирующая ячейка (B) Ячейка облучения (C) EB-луч (D) Конвейер (E) Система переворачивания продукта.(B) План в разрезе EB-объекта. 1. Электронная пушка, 2. Волновод, 3. Генератор УВЧ, 4. Форвакуумный насос, 5. Секция ускорения, 6. Модулятор пушки, 7. Сканирующий магнит, 8. Выходное окно, 9. Конвейер.

Что такое электронно-лучевая технология? | Вопросы и ответы

Электронно-лучевая обработка - это технология, имеющая широкий спектр коммерческих применений. Он предоставляет пользователям эффективные и действенные средства для внесения полезных изменений в свойства и характеристики полимеров и других материалов.Эта технология также широко используется для стерилизации медицинских изделий, фармацевтических препаратов и косметики.

История

Большая часть новаторских работ в области электронно-лучевой технологии была проделана в 1930-х годах доктором Артуром Чарльзби. В 1950-х годах компания Ethicon, подразделение Johnson & Johnson, впервые начала коммерциализацию стерилизации электронным пучком. Компания Ethicon обнаружила, что их швы были более гибкими и прочными при стерилизации электронным лучом по сравнению с стерилизацией нагреванием или паром. Компания Sequoia Wire была первой, кто применил сшивание изоляции проводов электронным пучком.За последние 60 лет области применения электронного луча постоянно расширялись, включая модификацию полимеров, отверждение композитов, улучшение полупроводников и драгоценных камней, пищевую промышленность и многие другие.

Как это работает

Электронные пучки - ускорители частиц. В этом случае ускоряемые частицы являются электронами, а генерируемый пучок эквивалентен бета-излучению. Размер и мощность электронного пучка лучше всего описываются напряжением и током. Напряжение - это сила, ускоряющая электроны.Ток, измеряемый в амперах, - это скорость потока электронов. Dynamitron® - это высоконадежный ускоритель, который используется во всем мире и в E-BEAM Services. Это линейный ускоритель, работающий по тому же принципу, что и электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) в телевизоре. Электроны генерируются при нагревании нити накала. Градиент напряжения отводит электроны от нити накала и ускоряет их через вакуумную трубку. Полученный пучок затем можно сканировать с помощью электромагнита, чтобы создать «занавес» из ускоренных электронов.

ЭЛТ внутри телевизора работает на 20 киловольт (кэВ), тогда как современные промышленные ускорители могут работать до 5000 киловольт (5 МэВ) и более. Электроны, ускоренные до 5 МэВ, движутся примерно со скоростью 99,6% скорости света на выходе из лучевой трубки. В телевизоре ток луча составляет несколько микроампер, тогда как ток промышленного луча в 10 000 раз больше. Поскольку электроны имеют массу, их проникновение в материалы ограничено их энергией и плотностью материала мишени.Высокая энергия и ток промышленных электронных лучей позволяют эффективно обрабатывать продукты за счет быстрых реакций между электронами и облученными продуктами.

Применение излучения

Используя горизонтальную конвейерную систему, продукт пропускается через завесу электронов. Продукция может обрабатываться на тележках в ящиках или россыпью. Такие продукты, как кабель, трубки и листы, перерабатываются с катушки на катушку с использованием конвейерной системы другого типа. Проникая в эти объекты, электроны могут создавать полезные химические и структурные изменения.

Например, ускоренные электроны убивают бактерии и плесень, поэтому электронный луч идеально подходит для стерилизации и снижения бионагрузки. В случае полимеров и пластиков сшивание электронным пучком улучшает ряд свойств, включая характеристики при высоких и низких температурах, прочность на растяжение и удар, сопротивление ползучести, долговечность, химическую стойкость, сопротивление растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR), барьерные свойства, реологические улучшения и др.

Обработка контрактов vs.владение балкой

Использование контрактного поставщика услуг электронного луча обычно является наиболее экономичным способом производства продукции с помощью облучения. Покупка, установка и эксплуатация всех компонентов электронно-лучевой системы - сложное и капиталоемкое мероприятие. Кроме того, время, необходимое для проектирования, строительства и аттестации нового объекта, может составлять два года или более. Общая стоимость установки может составлять от 10 до 15 миллионов долларов. Кроме того, внутренняя емкость электронного луча вряд ли будет заполнена отдельной линейкой продуктов, что затрудняет своевременное возмещение первоначальных капитальных затрат.Работа электронного луча также требует специального обслуживания и контроля в соответствии с нормативными требованиями. Контрактный провайдер, или «процессор платных услуг», специализируется на обработке электронных лучей и обладает знаниями, возможностями и гибкостью для экономичного обслуживания большого количества клиентов, малых или крупных.

Дополнительные соображения

Дополнительные преимущества электронно-лучевой обработки включают экологичность из-за отсутствия химических добавок, обычно используемых в альтернативных процессах модификации материалов.Воспроизводимое управление процессом электронного луча не зависит от радиоактивного материала в качестве источника энергии, а представляет собой простую, чистую технологию «включения-выключения», в которой используется электричество.

Электронно-лучевая спектроскопия для нанофотоники | Nature Materials

  • 1.

    Эгертон Р. Ф. Электронная спектроскопия потерь энергии в электронном микроскопе (Plenum, 1996).

  • 2.

    Гарсиа де Абахо, Ф. Дж. Оптические возбуждения в электронной микроскопии. Ред. Мод. Phys. 82 , 209–275 (2010).

    Артикул CAS Google ученый

  • 3.

    Бренни, Б. Дж. М., Полман, А. и Гарсия де Абахо, Ф. Дж. Фемтосекундные плазмонные и фотонные волновые пакеты, возбуждаемые высокоэнергетическим электроном на поверхности металла или диэлектрика. Phys. Ред. B 155412 , 155412 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 4.

    Losquin, A. et al. Обнаружение явлений экстинкции и рассеяния в нанометровом масштабе с помощью комбинированной спектроскопии потерь энергии электронов и измерений катодолюминесценции. Nano Lett. 15 , 1229–1237 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 5.

    Якоби Б.Г. и Холт Д. Б. Катодолюминесцентная микроскопия неорганических твердых веществ (Springer, 1990).

  • 6.

    Coenen, T.& Haegel, Н. М. Катодолюминесценция в 21 веке: изучение света. Прил. Phys. Ред. 4 , 031103 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 7.

    Кочак М. и Загонель Л. Ф. Катодолюминесценция в сканирующем просвечивающем электронном микроскопе. Ультрамикроскопия 176 , 112–131 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 8.

    Гарсия де Абахо, Ф. Дж. И Кочак, М. Исследование фотонной локальной плотности состояний с помощью спектроскопии потерь энергии электронов. Phys. Rev. Lett. 100 , 106804 (2008).

    Артикул CAS Google ученый

  • 9.

    Хоэнестер, У., Дитлбахер, Х. и Кренн, Дж. Р. Спектры потерь энергии электронов плазмонных наночастиц. Phys. Rev. Lett. 103 , 106801 (2009).

    Артикул CAS Google ученый

  • 10.

    Horl, A. et al. Томографические изображения фотонного окружения плазмонных наночастиц. Нат. Commun. 8 , 37 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 11.

    Сулоага Дж. И Нордландер П. О сдвиге энергии между пиковой интенсивностью ближнего и дальнего поля в локализованных плазмонных системах. Nano Lett. 11 , 1280–1283 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • 12.

    Ричи Р. Х. Потери плазмы быстрыми электронами в тонких пленках. Phys. Ред. 106 , 874–881 (1957).

    CAS Статья Google ученый

  • 13.

    Забала, Н., Ривакоба, А. и Эченик, П. М. Потери энергии электронов, проходящих через цилиндрические отверстия. Прибой. Sci 209 , 465–480 (1989).

    CAS Статья Google ученый

  • 14.

    Гарсиа де Абахо, Ф. Дж. Релятивистские потери энергии и индуцированное излучение фотонов при взаимодействии диэлектрической сферы с внешним электронным пучком. Phys. Ред. B 59 , 3095–3107 (1999).

    Артикул Google ученый

  • 15.

    Мюллер Д., Силкокс Дж. Делокализация в неупругом рассеянии. Ультрамикроскопия 59 , 195–213 (1995).

    CAS Статья Google ученый

  • 16.

    Schefold, J. et al. Пространственное разрешение когерентной катодолюминесцентной микроскопии сверхвысокого разрешения. САУ Фотон. 6 , 1067–1072 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 17.

    ван де Хюльст, Х.С. Рассеяние света малыми частицами (Довер, 1981).

  • 18.

    Гарсиа де Абахо, Ф. Дж. И Хауи, А. Расчет потерь энергии электронов в неоднородных диэлектриках с задержкой поля. Phys. Ред. B 65 , 115418 (2002).

    Артикул CAS Google ученый

  • 19.

    Waxenegger, A. J., Trügler, A. & Hohenester, U. Моделирование плазмоники с помощью инструментария MNPBEM: рассмотрение субстратов и структур слоев. Комп. Phys. Commun 193 , 138–150 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 20.

    Matyssek, C., Niegemann, J., Hergert, W. & Busch, K. Вычисление спектров потерь энергии электронов с помощью прерывистого метода Галеркина во временной области. Фотон. Наноструктура. Fundam. Заявление 9 , 367–373 (2011).

    Артикул Google ученый

  • 21.

    Geuquet, N. & Henrard, L. EELS и оптический отклик наночастицы благородного металла в рамках приближения дискретных диполей. Ультрамикроскопия 110 , 1075–1080 (2010).

    CAS Статья Google ученый

  • 22.

    Бигелоу, Н. В., Ващилло, А., Ибери, В., Камден, Дж. П. и Масиелло, Д. Дж. Характеристика электронных и фотонных плазмонных возбуждений металлических наностержней. САУ Нано 6 , 7497–7504 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 23.

    Дас, П., Чини, Т. К. и Понд, Дж.Исследование мод поверхностных плазмонов более высокого порядка на отдельных усеченных тетраэдрических наночастицах золота с использованием катодолюминесцентного изображения и спектроскопии в сочетании с моделированием FDTD. J. Phys. Chem. С 116 , 15610–15619 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 24.

    Цао, Ю., Манявакас, А., Лардж, Н., Нордландер, П. Расчет спектроскопии потерь энергии электронов в пакете конечных разностей во временной области. ACS Photon 2 , 369–375 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 25.

    Гарсиа де Абахо, Ф. Дж. Релятивистское описание потерь валентной энергии при взаимодействии быстрых электронов с кластерами диэлектриков: подход многократного рассеяния. Phys. Ред. B 60 , 6103–6112 (1999).

    Артикул Google ученый

  • 26.

    Thomas, S. et al. Применение обобщенной теории Ми к расчетам EELS как инструмента оптимизации плазмонных структур. Плазмоника 11 , 865–874 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 27.

    Талеби Н. Взаимодействие электронов со светом за пределами адиабатического приближения: инженерия отдачи и спектральная интерферометрия. Adv. Phys. Х 3 , 1499438 (2018).

    Google ученый

  • 28.

    Hörl, A., Trügler, A. & Hohenester, U. Томография плазмонных полей частиц на основе спектроскопии потерь энергии электронов. Phys. Rev. Lett. 111 , 076801 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 29.

    Caldwell, J. D. et al. Нанофотоника инфракрасного и терагерцового диапазонов с малыми потерями с использованием поверхностных фононных поляритонов. Нанофотоника 4 , 44–68 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 30.

    Lourenço-Martins, H. & Kociak, M. Спектроскопия колебаний энергии электронов на поверхности исследует ограниченные моды поверхностных фононов. Phys. Ред. X 7 , 041059 (2017).

    Google ученый

  • 31.

    Асенхо-Гарсия, А. и Гарсия де Абахо, Ф. Дж. Дихроизм во взаимодействии между вихревыми электронными пучками, плазмонами и молекулами. Phys. Rev. Lett. 113 , 066102 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 32.

    Гарсия де Абахо, Ф. Дж., Асенхо-Гарсия, А. и Кочак, М. Многофотонное поглощение и излучение при взаимодействии быстрых электронов с затухающими световыми полями. Nano Lett. 10 , 1859–1863 (2010).

    Артикул CAS Google ученый

  • 33.

    Парк, С. Т., Лин, М. и Зевайл, А. Х. Фотонно-индуцированная электронная микроскопия ближнего поля (ПИНЕМ): теоретические и экспериментальные. New J. Phys. 12 , 123028 (2010).

    CAS Статья Google ученый

  • 34.

    Vanacore, G.M. et al. Генерация и управление сверхбыстрым электронным вихревым пучком с помощью киральных плазмонных ближних полей. Нат. Матер. 18 , 573–579 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 35.

    Кай, В., Рейнхардт, О., Каминер, И. и Гарсия де Абахо, Ф. Дж. Эффективная передача орбитального углового момента между плазмонами и свободными электронами. Phys. Ред. B 98 , 045424 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 36.

    Барвик, Б., Фланниган, Д. Дж. И Зевейл, А. Х. Фотонно-индуцированная электронная микроскопия ближнего поля. Nature 462 , 902–906 (2009).

    CAS Статья Google ученый

  • 37.

    Гарсия де Абахо, Ф. Дж. И Кочак, М. Электронная спектроскопия с усилением энергии. New J. Phys. 10 , 073035 (2008).

    Артикул CAS Google ученый

  • 38.

    Vanacore, G.M. et al. Аттосекундное когерентное управление волновыми функциями свободных электронов с помощью полубесконечных световых полей. Нат. Commun. 9 , 2694 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 39.

    Feist, A. et al. Квантовая когерентная оптическая фазовая модуляция в сверхбыстром просвечивающем электронном микроскопе. Природа 521 , 200–203 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 40.

    Бэтсон П. Э. Связь поверхностных плазмонов в кластерах малых сфер. Phys. Rev. Lett. 49 , 936–940 (1982).

    CAS Статья Google ученый

  • 41.

    Батсон П. Э. Новый поверхностный плазмонный резонанс в кластерах маленьких алюминиевых сфер. 9 , 277–282 (1982).

  • 42.

    Оуян Ф., Бэтсон П. Э. и Исааксон М. Квантовые размерные эффекты в возбуждении поверхностных плазмонов малых металлических частиц с помощью спектроскопии потерь энергии электронами. Phys. Ред. B 46 , 15421–15425 (1992).

    CAS Статья Google ученый

  • 43.

    Угарте, Д., Коллиекс, С. и Треббиа, П. Поверхностные и интерфейсные плазмонные моды на малых полупроводниковых сферах. Phys. Ред. B 45 , 4332–4343 (1992).

    CAS Статья Google ученый

  • 44.

    Босман М., Кист В. Дж., Ватанабе М., Маароф А. И. и Корти М. Б. Отображение поверхностных плазмонов в нанометровом масштабе с помощью электронного луча. Нанотехнологии 18 , 165505 (2007).

    Артикул CAS Google ученый

  • 45.

    Nelayah, J. et al. Отображение поверхностных плазмонов на одиночной металлической наночастице. Нат. Phys. 3 , 348–353 (2007).

    CAS Статья Google ученый

  • 46.

    Коллиекс, К., Кочак, М. и Стефан, О. Спектроскопия потерь энергии электронов, построение изображений поверхностных плазмонов в нанометровом масштабе. Ультрамикроскопия 162 , A1 – A24 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 47.

    Ямамото, Н., Арая, К. и Гарсиа де Абахо, Ф. Дж. Эмиссия фотонов серебряными частицами, индуцированная пучком электронов высокой энергии. Phys. Ред. B 64 , 205419 (2001).

    Артикул CAS Google ученый

  • 48.

    Вессер, Э. Дж. Р., де Вале, Р., Куттге, М. и Полман, А. Прямое наблюдение плазмонных мод в нанопроволоках Au с использованием катодолюминесцентной спектроскопии высокого разрешения. Nano Lett. 7 , 2843–2846 (2007).

    CAS Статья Google ученый

  • 49.

    Коенен, Т., Шен, Д. Т., Бренни, Б. Дж. М., Полман, А. и Бронгерсма, М. Л. Комбинированная спектроскопия потери энергии электронов и катодолюминесценции на индивидуальных и композитных плазмонных наноструктурах. Phys. Ред. B 93 , 195429 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 50.

    Россоу Д. и Боттон Г. А. Плазмонный отклик изогнутых серебряных нанопроволок для нанофотонного субволнового волновода. Phys. Rev. Lett. 110 , 66801 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 51.

    Болтасева А., Шалаев В.М. Межпространственная фотоника. ACS Photon 6 , 1–3 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 52.

    Абд Эль-Фаттах, З. М. и др. Плазмоника в атомарно тонких кристаллических пленках серебра. ACS Nano https://doi.org/10.1021/acsnano.9b01651 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 53.

    Knight, M. W. et al. Алюминиевые плазмонные наноантенны. Nano Lett. 12 , 6000–6004 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 54.

    Pomarico, E. et al. мэВ Разрешение в просвечивающей электронной микроскопии с лазерной фильтрацией энергии. САУ Фотон. 5 , 759–764 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 55.

    Martin, J. et al. Получение изображений с высоким разрешением и спектроскопия многополярных плазмонных резонансов в алюминиевых наноантеннах. Nano Lett. 14 , 5517–5523 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 56.

    Agrawal, A. et al. Резонансная связь между колебаниями молекул и локализованным поверхностным плазмонным резонансом граненых нанокристаллов оксидов металлов. Nano Lett. 17 , 2611–2620 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 57.

    Herzing, A. A. et al. Спектроскопия электронных потерь энергии плазмонных резонансов в тонких пленках нитрида титана. Прил. Phys. Lett. 108 , 171107 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 58.

    Сузуки Т. и Ямамото Н. Катодолюминесцентная спектроскопическая визуализация поверхностных плазмонных поляритонов в одномерном плазмонном кристалле. Опт. Экспресс 17 , 23664–23671 (2009).

    CAS Статья Google ученый

  • 59.

    Коенен Т., Вессер Э. Дж. Р. и Полман А. Катодолюминесцентная спектроскопия с угловым разрешением. Прил. Phys. Lett. 99 , 4–6 (2011).

    Артикул CAS Google ученый

  • 60.

    Ямамото, Н., Отани, С. и Гарсия де Абахо, Ф. Дж. Гэп и плазмоны Ми в индивидуальных серебряных наносферах вблизи серебряной поверхности. Nano Lett. 11 , 91–95 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • 61.

    Коенен, Т., Бернал Аранго, Ф., Кендеринк, А. Ф. и Полман, А. Направленное излучение от одиночного плазмонного рассеивателя. Нат. Commun. 5 , 3250 (2014).

    Артикул CAS Google ученый

  • 62.

    Мирошниченко, В., Нишио, Н., Гарсия де Абахо, Ф. Дж., Ферстнер, Дж. И Ямамото, Н. Обнаружение и отображение вырожденных состояний в плазмонных наночастицах с нанометровым разрешением. ACS Nano 12 , 8436–8446 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 63.

    Коенен Т. и Полман А. Поляризационно-чувствительная катодолюминесцентная Фурье-микроскопия. Опт. Экспресс 20 , 18679–18691 (2012).

    Артикул Google ученый

  • 64.

    Osorio, C. I., Coenen, T., Brenny, B. J. M., Polman, A. & Koenderink, A. F. Катодолюминесцентная поляриметрия изображений с угловым разрешением. ACS Photon 3 , 147–154 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 65.

    Бренни, Б. Дж. М., Коенен, Т. и Полман, А. Количественная оценка когерентной и некогерентной катодолюминесценции в полупроводниках и металлах. J. Appl. Phys. 115 , 244307 (2014).

    Артикул CAS Google ученый

  • 66.

    Николетти, О.и другие. Трехмерное изображение локализованных поверхностных плазмонных резонансов металлических наночастиц. Nature 502 , 80–84 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 67.

    Collins, S. M. et al. Томография собственных мод колебаний поверхностного заряда плазмонных наночастиц методом спектроскопии потерь энергии электронов. САУ Фотон. 2 , 1628–1635 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 68.

    Atre, A.C. et al. Наноразмерная оптическая томография с катодолюминесцентной спектроскопией. Нат. Nanotechnol. 10 , 429–436 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 69.

    Башевой М.В. и др. Генерация бегущих поверхностных плазмонных волн ударом свободных электронов. Nano Lett. 6 , 1113–1115 (2006).

    CAS Статья Google ученый

  • 70.

    van Wijngaarden, J. T. et al. Прямое отображение распространения и затухания околорезонансных поверхностных плазмон-поляритонов с помощью катодолюминесцентной спектроскопии. Прил. Phys. Lett. 88 , 7–9 (2006).

    Google ученый

  • 71.

    Петтит Р. Б., Силкокс Дж. И Винсент Р. Измерение дисперсии поверхностных плазмонов в окисленных алюминиевых пленках. Phys. Ред. B 11 , 3116–3123 (1975).

    Артикул Google ученый

  • 72.

    Gu, L. et al. Измерение ширины запрещенной зоны прямых и непрямых полупроводников с использованием монохроматических электронов. Phys. Ред. B 75 , 195214 (2007).

    Артикул CAS Google ученый

  • 73.

    Shekhar, P. et al. Спектроскопия потерь энергии электронов с импульсным разрешением для картирования фотонной плотности состояний. САУ Фотон. 4 , 1009–1014 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 74.

    Хейдж, Ф. С., Хардкасл, Т. П., Скотт, А. Дж., Бридсон, Р. и Рамасс, К. М. Импульсная и космическая спектроскопия потерь энергии электронов с высоким разрешением отдельных одностенных углеродных нанотрубок с высоким разрешением. Phys. Ред. B 95 , 195411 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 75.

    Вессер, Э. Дж. Р., Коенен, Т., Каглаян, Х., Энгета, Н. и Полман, А. Экспериментальная проверка структур n = 0 для видимого света. Phys. Rev. Lett. 110 , 013902 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 76.

    Талеби Н. и др. Возбуждение мезоскопических плазмонных конусов релятивистскими электронами: фазовый синхронизм по сравнению с резонансом собственной моды. ACS Nano 9 , 7641–7648 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 77.

    Шредер, Б.и другие. Визуализация в реальном пространстве плазмонов с наноостриями с использованием спектроскопии потерь энергии электронов. Phys. Ред. B 92 , 085411 (2015).

    Артикул CAS Google ученый

  • 78.

    Такеучи, К. и Ямамото, Н. Визуализация поверхностных плазмон-поляритонных волн в двумерном плазмонном кристалле методом катодолюминесценции. Опт. Экспресс 19 , 12365–12374 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • 79.

    Чен, К. Х. и Силкокс, Дж. Обнаружение оптических поверхностно-направленных мод в тонких графитовых пленках с помощью рассеяния электронов высоких энергий. Phys. Ред. 35 , 390–393 (1975).

    CAS Google ученый

  • 80.

    Тераучи, М., Танака, М., Мацумото, Т. и Сайто, Ю. Исследование электронной структуры нанотрубок нитрида бора методом спектроскопии потерь энергии электронов. J. Electron Microsc. 47 , 319–324 (1998).

    CAS Статья Google ученый

  • 81.

    Kociak, M., Henrard, L., Stephan, O., Suenaga, K. & Colliex, C. Плазмоны в слоистых наносферах и нанотрубках исследованы с помощью спектроскопии потерь энергии электронов с пространственным разрешением. Phys. Ред. B 61 , 936–944 (2000).

    Артикул Google ученый

  • 82.

    Arenal, R. et al. Экспериментальные доказательства взаимодействия поверхностных плазмонов в анизотропных полых наночастицах. Phys. Rev. Lett 87 , 075501 (2001).

    Артикул CAS Google ученый

  • 83.

    Arenal, R. et al. Спектроскопия электронных потерь энергии в оптических зазорах отдельных однослойных и многослойных нанотрубок из нитрида бора. Phys. Rev. Lett. 95 , 127601 (2005).

    CAS Статья Google ученый

  • 84.

    Россоу Д., Боттон Г. А., Наджафи Э., Ли В. и Хичкок А. П. Металлические и полупроводниковые однослойные углеродные нанотрубки: дифференциация отдельных ОСУНТ по их углеродным 1s-спектрам. ACS Nano 6 , 10965–10972 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 85.

    Талеби Н. и др. Зондирование клиновых волн Дьяконова и плазмонов Дьяконова в топологическом изоляторе Bi 2 Se 3 электронными пучками. ACS Nano 10 , 6988–6994 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 86.

    Хюн, Дж. К., Куйяр, М., Раджендран, П., Лидделл, К. М. и Мюллер, Д. А. Измерение мод шепчущей галереи в дальнем ультрафиолетовом диапазоне с помощью электронов высоких энергий. Прил. Phys. Lett. 93 , 243106 (2008).

    Артикул CAS Google ученый

  • 87.

    Коенен Т., ван де Гроэп Дж. И Полман А. Резонансные моды одиночных кремниевых нанополостей, возбуждаемых электронным облучением. САУ Нано 7 , 1689–1698 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 88.

    Sapienza, R. et al. Глубокое субволновое изображение модальной дисперсии света. Нат. Матер. 11 , 781–787 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 89.

    Бренни, Б. Дж. М., Беггс, Д. М., Ван дер Вел, Р. Е., Кейперс, Л., Полман, А. Спектроскопическая катодолюминесцентная поляриметрия изображения в ближнем инфракрасном диапазоне на кремниевых фотонно-кристаллических волноводах. ACS Photon 3 , 2112–2121 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 90.

    Peng, S. et al. Исследование зонной структуры топологических фотонных решеток кремния в видимой области спектра. Phys. Ред.Lett 122 , 117401 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 91.

    Гарсия де Абахо, Ф. Дж. И др. Эффект Черенкова как проба фотонных наноструктур. Phys. Rev. Lett. 91 , 143902 (2003).

    Артикул CAS Google ученый

  • 92.

    Cha, J. J. et al. Картирование локальных оптических плотностей состояний в кремниевых фотонных структурах с помощью наноразмерной электронной спектроскопии. Phys. Ред. B 81 , 113102 (2010).

    Артикул CAS Google ученый

  • 93.

    Криванек, О. Л. и др. Колебательная спектроскопия в электронном микроскопе. Nature 514 , 209–212 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 94.

    Лагос, М. Дж., Трюглер, А., Хоэнестер, У. и Батсон, П. Е. Отображение колебательных поверхностных и объемных мод в одном нанокубе. Природа 543 , 529–532 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 95.

    Lagos, M. J. et al. Возбуждение длинноволновых поверхностных оптических колебательных мод в пленках, кубах и композитных системах пленка / куб с помощью электронного пучка размером с атом. Микроскопия 67 , i3 – i13 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 96.

    Caldwell, J. D. et al. Низкие потери, экстремальное субдифракционное удержание фотонов через карбид кремниевых локализованных поверхностных фононно-поляритонных резонаторов. Nano Lett. 13 , 3690–3697 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 97.

    Форбс Б. Д. и Аллен Л. Дж. Моделирование спектров потерь энергии из-за возбуждения фононов. Phys. Ред. B 94 , 014110 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 98.

    Hage, F. S., Kepaptsoglou, D. M., Ramasse, Q. M. & Allen, L. J. Фононная спектроскопия с атомным разрешением. Phys. Rev. Lett. 122 , 16103 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 99.

    Лагос, М. Дж. И Бэтсон, П. Е. Термометрия с субнанометровым разрешением в электронном микроскопе с использованием принципа детальной балансировки. Nano Lett. 18 , 4556–4563 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 100.

    Idrobo, J. C. et al. Измерение температуры наноразмерным электронным зондом с использованием спектроскопии усиления и потерь энергии. Phys. Rev. Lett. 120 , 95901 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 101.

    Тизей, Л. Х. и Кочак, М. Квантовая нанооптика одиночных фотонов с пространственным разрешением с использованием электронного микроскопа. Phys. Rev. Lett. 110 , 153604 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 102.

    Bourrellier, R. et al. Яркое УФ-однофотонное излучение на точечных дефектах в h-BN. Nano Lett. 16 , 4317–4321 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 103.

    Meuret, S. et al. Группировка фотонов в катодолюминесценции. Phys. Rev. Lett. 114 , 197401 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 104.

    Meuret, S. et al. Срок службы значительно ниже предела оптической дифракции. САУ Фотон. 3 , 1157–1163 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 105.

    Meuret, S. et al. Группировка фотонов показывает эффективность возбуждения одноэлектронной катодолюминесценции в квантовых ямах InGaN. Phys. Ред. B 96 , 035308 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 106.

    Meuret, S. et al. Наноразмерное отображение относительной эффективности излучения с использованием изображений катодолюминесценции g (2) . Nano Lett. 18 , 2288–2293 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 107.

    Howie, A. In Electron Microscopy and Analysis 1999 (ed.Кили, К. Дж.) 311–318 (IOP, 1999).

  • 108.

    Piazza, L. et al. Одновременное наблюдение квантования и интерференционной картины плазмонного ближнего поля. Нат. Commun. 6 , 6407 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 109.

    Arbouet, A., Caruso, G. M. & Houdellier, F. Сверхбыстрая просвечивающая электронная микроскопия: историческое развитие, приборы и приложения. Adv. Электрон. Электронная физика. 207 , 1076 (2018).

    Google ученый

  • 110.

    Сивик, Б. Дж., Дуайер, Дж. Р., Джордан, Р. Э. и Миллер, Р. Дж. Д. Представление плавления на атомном уровне с использованием фемтосекундной электронной дифракции. Наука 302 , 1382–1385 (2003).

    CAS Статья Google ученый

  • 111.

    Барвик, Б., Парк, Х. С., Квон, О., Баскин, Дж. С. и Зевайл, А. Х. 4D-визуализация переходных структур и морфологий в сверхбыстрой электронной микроскопии. Наука 322 , 1227–1231 (2008).

    CAS Статья Google ученый

  • 112.

    Герман, М. А., Бимберг, Д. и Кристен, Дж. Гетероинтерфейсы в квантовых ямах и процессы эпитаксиального роста: оценка люминесцентными методами. J. Appl. Phys. 70 , R1 – R52 (1991).

    CAS Статья Google ученый

  • 113.

    Merano, M. et al. Исследование динамики носителей заряда в наноструктурах методом пикосекундной катодолюминесценции. Nature 438 , 479–482 (2005).

    CAS Статья Google ученый

  • 114.

    Капица П. Л. и Дирак П. А. М. Отражение электронов от стоячих световых волн. Мат. Proc.Camb. Фил. Soc 29 , 297–300 (1933).

    Артикул Google ученый

  • 115.

    Фреймунд, Д. Л., Афлатуни, К. и Бателаан, Х. Наблюдение эффекта Капицы-Дирака. Nature 413 , 142–143 (2001).

    CAS Статья Google ученый

  • 116.

    Смит, С. Дж. И Перселл, Э. М. Видимый свет от локализованных поверхностных зарядов, движущихся по решетке. Phys. Ред. 92 , 1069 (1953).

    Артикул Google ученый

  • 117.

    Yang, Y. et al. Максимальное спонтанное излучение фотонов и потеря энергии свободными электронами. Нат. Phys. 14 , 894–899 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 118.

    Гарсия де Абахо, Ф. Дж., Барвик, Б. и Карбоне, Ф. Дифракция электронов на плазмонных волнах. Phys. Ред. B 94 , 041404 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 119.

    Брейер Дж. И Хоммельхофф П. Лазерное ускорение нерелятивистских электронов в диэлектрической структуре. Phys. Rev. Lett 111 , 134803 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 120.

    Peralta, E. A. et al. Демонстрация ускорения электронов в диэлектрической микроструктуре, управляемой лазером. Nature 503 , 91–94 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 121.

    Глизерин А., Аполонски А., Краус Ф. и Баум П. Сжатие одноэлектронных импульсов с помощью микроволнового резонатора. New J. Phys. 14 , 073055 (2012).

    Артикул Google ученый

  • 122.

    Kealhofer, C. et al. Общеоптический контроль и метрология электронных импульсов. Наука 352 , 429–433 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 123.

    Рябов А. и Баум П. Электронная микроскопия электромагнитных волн. Наука 353 , 374–377 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 124.

    Учида М. и Тономура А. Генерация электронных пучков, несущих орбитальный угловой момент. Nature 464 , 737–739 (2010).

    CAS Статья Google ученый

  • 125.

    Verbeeck, J., Tian, ​​H. & Schattschneider, P. Производство и применение электронных вихревых пучков. Природа 467 , 301–304 (2010).

    CAS Статья Google ученый

  • 126.

    Bliokh, K. Y. et al. Теория и приложения вихревых состояний свободных электронов. Phys. Отчет 690 , 1–70 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 127.

    McMorran, B.J. et al. Электронные вихревые пучки с большими квантами орбитального углового момента. Наука 331 , 192–195 (2011).

    CAS Статья Google ученый

  • 128.

    Бече, А., Ван Боксем, Р., Ван Тенделоо, Г. и Вербек, Дж.Магнитное монопольное поле, экспонируемое электронами. Нат. Phys 10 , 26–29 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 129.

    Asenjo-Garcia, A. & García de Abajo, F. J. Плазмонная электронная спектроскопия с усилением энергии. New J. Phys. 15 , 103021 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 130.

    Угарте, Д.& Ducati, C. Управление возбуждением многополярных поверхностных плазмонов через азимутальную фазовую структуру электронных вихревых пучков. Phys. Ред. B 93 , 205418 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 131.

    Волоч-Блох Н., Лереа Ю., Лилач Ю., Говер А. и Ари А. Генерация электронных пучков Эйри. Природа 494 , 331–335 (2013).

    CAS Статья Google ученый

  • 132.

    Блиох К. Ю., Шатчнайдер П., Вербек Дж. И Нори Ф. Электронные вихревые пучки в магнитном поле: новый поворот уровней Ландау и состояний Ааронова-Бома. Phys. Ред. X 2 , 041011 (2012).

    Google ученый

  • 133.

    Шайло, Р., Лери, Ю., Лилач, Ю. и Ари, А. Скульптура волновой функции электрона с использованием наноразмерных фазовых масок. Ультрамикроскопия 144 , 26–31 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 134.

    Guzzinati, G. et al. Исследование симметрии потенциала локализованных поверхностных плазмонных резонансов с фазовыми электронными пучками. Нат. Commun. 8 , 14999 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 135.

    Priebe, K. E. et al. Последовательности аттосекундных электронных импульсов и реконструкция квантового состояния в сверхбыстрой просвечивающей электронной микроскопии. Нат. Фотон. 11 , 793–797 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 136.

    Коль, Х. Формирование изображения неупруго рассеянными электронами: изображение поверхностного плазмона. Ультрамикроскопия 11 , 53–65 (1983).

    Артикул Google ученый

  • 137.

    Ричи, Р. Х., Хоуи, А. и Ричи, Р. Х. Вероятности неупругого рассеяния в сканирующей просвечивающей электронной микроскопии. Philos. Mag. А 58 , 753–767 (1988).

    Артикул Google ученый

  • 138.

    Krehl, J. et al. Картирование спектрального поля в плазмонных наноструктурах с нанометровым разрешением. Нат. Commun. 9 , 4207 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 139.

    Verbeeck, J. et al. Демонстрация программируемой фазовой пластинки 2 × 2 для электронов. Ультрамикроскопия 190 , 58–65 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 140.

    Feist, A. et al. Сверхбыстрая просвечивающая электронная микроскопия с использованием полевого эмиттера с лазерным управлением: фемтосекундное разрешение с высококогерентным электронным пучком. Ультрамикроскопия 176 , 63–73 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 141.

    Фогельсанг, Дж., Хергерт, Г., Ван, Д., Гросс, П., Лиенау, К. Наблюдение за разделением зарядов в наноантеннах с помощью сверхбыстрой точечной электронной микроскопии. Light Sci. Заявление 7 , 55 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 142.

    Талеби Н. Спектральная интерферометрия с электронными микроскопами. Sci. Отчет 6 , 33874 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 143.

    Талеби Н. и др. Объединение трансформирующей оптики с электронными источниками фотонов. Нат. Commun. 10 , 599 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 144.

    Моримото Ю. и Баум П. Дифракция и микроскопия с последовательностями аттосекундных электронных импульсов. Нат. Физика 14 , 252 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 145.

    Kubo, A. et al. Фемтосекундное изображение поверхностного плазмона Фемтосекундное изображение динамики поверхностного плазмона в наноструктурированной серебряной пленке. Нано 5 , 1123–1127 (2005).

    CAS Google ученый

  • 146.

    Spektor, G. et al. Выявление субфемтосекундной динамики орбитального углового момента в наноплазмонных вихрях. Наука 355 , 1187–1191 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 147.

    Li, C., Subramanian, G. & Spence, J. C.H. Спектры с временным разрешением по данным милливольтного EELS. Microsc. Микроанал. 20 , 837–846 (2014).

    Артикул CAS Google ученый

  • 148.

    Гарсиа де Абахо, Ф. Дж. Передача импульса малым частицам при прохождении электронных лучей. 70 , 115422 (2004).

  • 149.

    Lagos, M. J. et al. Аттосекундные и фемтосекундные силы, действующие на золотые наночастицы, индуцированные быстрыми электронами. Phys. Ред. B 93 , 205440 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 150.

    Карузо Г. М., Худелье Ф., Абейлу П. и Арбуэ А. Разработка источника сверхбыстрых электронов на основе эмиссионной пушки холодного поля для сверхбыстрой когерентной ПЭМ. Прил. Phys. Lett. 111 , 023101 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 151.

    Moerland, R.J. et al. Катодолюминесцентная микроскопия с временным разрешением и субнаносекундным гашением пучка для прямой оценки локальной плотности состояний. Опт. Экспресс 24 , 24760–24772 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 152.

    Meuret, S. et al. Дополнительные конфигурации отображения времени жизни катодолюминесценции в сканирующем электронном микроскопе. Ультрамикроскопия 197 , 28–38 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 153.

    Веппельман, И. Г. К., Мёрланд, Р. Дж., Хугенбум, Дж. П. и Круит, П. Концепция и конструкция глушителя луча со встроенным фотопроводящим переключателем для сверхбыстрой электронной микроскопии. Ультрамикроскопия 184 , 8–17 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 154.

    ван Ренс, Дж. Ф.M. et al. Теория и моделирование отслеживания частиц резонансной радиочастотной отклоняющей полости в режиме TM110 для сверхбыстрой электронной микроскопии. Ультрамикроскопия 184 , 77–89 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 155.

    Kruit, P. et al. Конструкции для квантового электронного микроскопа. Ультрамикроскопия 164 , 31–45 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 156.

    Tizei, L.H.G., Lin, Y.-C., Lu, A.-Y., Li, L.-J. И Суэнага, К. Спектроскопия потерь энергии электронов экситонов в двумерных полупроводниках как функция температуры. Прил. Phys. Lett. 108 , 163107 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 157.

    Говядинов А.А. и др. Исследование гиперболических поляритонов низких энергий в кристаллах Ван-дер-Ваальса с помощью электронного микроскопа. Нат.Commun. 8 , 95 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 158.

    Fabbri, F. et al. Новое излучение в ближнем инфракрасном диапазоне от дефектов кристаллов в многослойных хлопьях MoS 2 . Нат. Commun. 7 , 13044 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 159.

    Zheng, S. et al. Гигантское усиление катодолюминесценции однослойных полупроводников дихалькогенидов переходных металлов. Nano Lett. 17 , 6475–6480 (2017).

    CAS Статья Google ученый

  • 160.

    Douillard, L. et al. Плазмонные резонаторы ближнего действия, исследованные с помощью фотоэмиссионной электронной микроскопии. Nano Lett. 8 , 935–940 (2008).

    CAS Статья Google ученый

  • 161.

    Mårsell, E. et al. Наноразмерное отображение локальной динамики ближнего поля длительностью несколько фемтосекунд в пределах одной плазмонной наноантенны. Nano Lett. 15 , 6601–6608 (2015).

    Артикул CAS Google ученый

  • 162.

    Losquin, A. & Lummen, T. T. A. Методы электронной микроскопии для плазмоники с пространственным, энергетическим и временным разрешением. Фронт. Физ 12 , 127301 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 163.

    Цю, X. Х., Назин, Г. В. и Хо, В.Флуоресценция с вибрационным разрешением, возбужденная с субмолекулярной точностью. Наука 299 , 542–546 (2003).

    CAS Статья Google ученый

  • 164.

    Русимова К. Р. и др. Регулирование фемтосекундного времени жизни одиночной молекулы в возбужденном состоянии. Наука 361 , 1012–1016 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 165.

    Le Moal, E. et al. Электрически возбужденный наноразмерный источник света с активным угловым контролем излучаемого света. Nano Lett. 13 , 4198–4205 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • Электронно-лучевая сварка и непрерывная сварка лент

    Технологии

    Электронно-лучевая сварка

    Materion - это уникальный процесс непрерывной сварки полос.Электронно-лучевая сварка позволяет соединять материалы из разнородных сплавов, разной толщины и толщины бок о бок или внахлест, обеспечивая производительность, недоступную для одного материала.

    Этот надежный и экономичный метод соединения разнородных материалов можно комбинировать с другими металлами Materion. У нас есть опыт в области обработки, в том числе облицовки вкладками и наплавкой, прокатки, пайки и гальваники, для создания уникальных высокопроизводительных конструкций.

    ПРЕДОСТАВЛЯЕМ ГИБКОСТЬ ДИЗАЙНА ДЛЯ СООТВЕТСТВИЯ ВАШИМ ПОТРЕБНОСТЯМ

    Materion регулярно обрабатывает широкий спектр металлов и металлических сплавов для непрерывной электронно-лучевой сварки катушек с катушками, в том числе:

    • Полоса универсальная
    • Смешанный характер
    • Металлы и металлические сплавы; Ni, Cu, сталь и др.
    • Металлы драгоценные, полудрагоценные и недрагоценные
    • Магнитные и немагнитные металлы
    • Металлы с высоким и низким коэффициентом расширения

    Эти сварные металлические ленты обеспечивают гибкость при проектировании сложных штампованных деталей. Полный список вариантов сварки см. В нашем Руководстве по характеристикам сплавов.

    ЛИДЕР ОТРАСЛИ В ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ

    Materion уже более 40 лет является лидером в производстве ленты для высокопроизводительной электронно-лучевой сварки по индивидуальному заказу.Наши сварные изделия используются на самых разных рынках, в том числе:

    • Сварные электрические контакты наивысшей мощности
    • Металлический полосковый резистор: шунты высокой мощности
    • Металлический полосковый резистор: электроника малой мощности
    • Сварная нержавеющая сталь с несколькими манометрами
    • Сварные имплантируемые межсоединения
    • Выключатели и реле сварные

    Свяжитесь с нашими инженерами сегодня, чтобы обсудить ваши потребности в дизайне. Наши эксперты по процессам оценят ваши требования и обсудят с вами лучший процесс для вашего приложения.

    Процессы и услуги по облучению электронным пучком

    В процессе облучения электронным пучком (E-beam) электроны высокой энергии используются для различных целей, таких как стерилизация одноразовых медицинских устройств, контроль загрязнения потребительских товаров и модификация материалов, таких как термоусадочные трубки, проволока и кабели и литые детали.

    Что такое облучение электронным пучком?

    В процессе электронного луча продукт бомбардируется электронами высокой энергии, в результате чего каскад этих электронов движется через материал мишени.

    В процессе электронного пучка в качестве источника излучения используются электроны высокой энергии. Электроны, которые производятся нормальным электрическим током, ускоряются до скорости, близкой к скорости света, с помощью ускорителя. Электроны фокусируются на рупоре определенного размера и сканируются широким движением, создавая завесу из электронов. Затем продукт проходит через шторку сканирования с строго контролируемой и измеряемой скоростью.

    Сам процесс происходит за радиационной защитой, обычно большой бетонной конструкцией, которая предотвращает выход излучения из ячейки.Когда происходит сканирование, ускоренные электроны инактивируют любые жизнеспособные микроорганизмы.

    Для чего используется облучение электронным пучком?

    Облучение электронным пучком - это гибкий и высокоскоростной процесс, который можно использовать для множества приложений, в том числе:

    • Стерилизация одноразовых медицинских изделий и фармацевтических препаратов
    • Контроль загрязнения упаковки, косметики и туалетных принадлежностей
    • Упрочнение полимеров за счет сшивки и / или разрушения полимеров

    Каковы преимущества электронного луча?

    Облучение электронным пучком может проникать в широкий спектр материалов и доставить требуемую дозу облучения всего за несколько секунд, а это означает, что весь процесс может занять несколько минут.В результате этого короткого периода воздействия были обнаружены следующие преимущества:

    • Оптимизированное время обработки
    • Повышение эффективности цепочки поставок
    • Значительно меньшее окислительное повреждение продукта
    • Уменьшение изменения цвета любых присутствующих полимеров
    • На обработанных продуктах не остается химических остатков или наведенной радиоактивности
    Стандарты:

    Стерилизация электронным пучком поддерживается всемирно признанным консенсусным стандартом ISO 11137, который описывает подход к валидации процесса для достижения определенного уровня гарантии стерильности (SAL).

    Услуги по электронно-лучевому облучению:

    Помимо стерилизации облучением, STERIS AST предоставляет нашим клиентам решения для лабораторных испытаний и технической поддержки на каждом этапе процесса проектирования стерилизации, от разработки продукта до рутинной обработки.

    Наша группа Radiation TechTeam® направляет заказчиков через процесс проверки облучения, предоставляет решения для уникальных потребностей проекта и поддерживает рутинную обработку посредством ежеквартальных аудитов доз.

    Центр радиационных технологий (RTC) поддерживает наших клиентов в проведении радиационных испытаний, таких как испытания продукции, установление дозы и проверка дозы. RTC обеспечивает высокоточную доставку дозы для проверки, картирования дозы, аудита дозы и исследовательских целей.

    Наши услуги по тестированию предоставляют клиентам поддержку при валидации и микробиологическом тестировании их продуктов, обработанных с помощью облучения. В рамках нашей полной программы радиационной валидации мы разработаем протокол, соберем все данные испытаний и валидации, обобщим результаты и сделаем рекомендации на основе вашего продукта, а также предоставим текущую поддержку через специального менеджера проекта Radiation TechTeam.Перейдите сюда, чтобы узнать больше о наших доступных услугах по тестированию.

    Посетите наши ресурсы TechTeam, чтобы узнать больше о электронно-лучевом процессе.

    Что такое электронно-лучевая плавка (ЭЛП)?

    Что такое электронно-лучевая плавка (ЭЛП)?

    Электронно-лучевая плавка (EBM) - это трехмерный производственный процесс, в котором металлический порошок плавится высокоэнергетическим пучком электронов. Электронный луч создает поток электронов, который направляется магнитным полем, плавясь слой за слоем металлического порошка, чтобы создать объект, соответствующий точным спецификациям, определенным моделью CAD.Производство происходит в вакуумной камере для защиты от окисления, которое может повредить материалы с высокой реакционной способностью. Электронно-лучевая плавка похожа на селективную лазерную плавку (SLM), поскольку они оба печатают из порошка из порошкового слоя 3D-принтера, но EBM использует электронный луч вместо лазера.

    EBM создает высокопрочные детали, которые максимально используют естественные свойства металлов, используемых в процессе, устраняя примеси, которые могут накапливаться при использовании литья металлов или других методов изготовления.Он используется для печати компонентов для аэрокосмической, автомобильной, оборонной, нефтехимической и медицинской промышленности.

    Преимущества и недостатки печати EBM

    Технология электронно-лучевой плавки является запатентованной, и для работы принтеров EBM требуются квалифицированные специалисты. Хотя EBM может быть намного быстрее, чем SLM (селективное лазерное плавление), SLM производит более гладкие и точные детали.

    История EBM Printing

    В 1993 году Arcam в сотрудничестве с Технологическим университетом Чалмерса в Гетеборге подала заявку на патент на принципы EBM.Процесс был разработан с целью создания трехмерных объектов путем плавления электропроводящего порошка слой за слоем с помощью электрического луча. В 1997 году была основана Arcam AB, и компания продолжила разработку EBM и коммерциализацию EBM печати.

    FAQ

    В чем разница между электронно-лучевым плавлением (EBM) и селективным лазерным плавлением (SLM)? Электронно-лучевая плавка похожа на SLM в том, что они оба печатают из порошка из порошкового слоя 3D-принтера, но EBM использует электроны, а не фотоны, используемые в процессе SLM.В EBM пучок электронов высокой энергии плавит слои металлического порошка для создания формы в вакууме. В SLM лазерный луч, излучающий фотоны, связывает или спекает слои порошковых металлов для отверждения металла. SLM не требует вакуумной среды.

    Какие температуры требуются для EBM? Поскольку EBM часто используется для обработки металлов с высокой температурой плавления, в процессе электронно-лучевой плавки были измерены температуры до 2000 градусов Цельсия.

    Почему процесс EBM происходит в вакууме? Обработка металлов при высокой температуре приводит к усилению окисления, которое может сделать конечный продукт хрупким.Поскольку процесс EBM происходит в вакууме, что позволяет поддерживать высокую температуру в бескислородной среде, он снимает внутренние напряжения и приводит к созданию более упругих и гибких деталей.

    Как работает электронно-лучевая пушка? Электронно-лучевая пушка имеет вольфрамовую нить, которая при перегреве испускает поток электронов, который в вакууме ускоряется примерно до половины скорости света.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *