Шпаргалка по дисциплине "Технология"

Лазерные, электронно–лучевые и плазменные технологические установки: назначение, устройство, принцип работы.

Плазменная обработка.

          В технологии приборостроения, радиоаппаратостроения и металлообработки плазма применяется в виде узконаправленной горячей струи, способной расплавить и испарить практически все материалы. По конструкции плазматроны разделяются на сепараторы прямого и косвенного действия.

Устройство плазматрона:

1 - сопло; 2 - вольфрамовый электрод; 3 - ввод плазменного газа; 4 - изделие; 5 - канал для подачи присадочного порошка.

Для получения плазмы используются электролитический дуговой разряд, через который с помощью сопла продувается плазмообразующий газ (аргон, азот, воздух или их смесь). Питание плазматрона осуществляется от мощного электрического источника с напряжением 200-500 В и током 300-400 А. Необходима стабилизация дуги, чтобы горячая струя не замкнулась на сопло и не расплавила его, а также с целью некоторой фокусировки. Она осуществляется аксиальным потоком газа, либо суженными стенками охлаждаемого сопла.

- Плазменная обработка используется в процессах, требующих высокотемпературного концентрированного нагрева: резка, прошивка отверстий, микро - и макросварка, нанесение покрытий, восстановление изношенных деталей, плавка. Технология: наносимый материал используется в виде пасты; происходит расплавление и сварка слоя наплавляемого материла с основным материалом. В этом случае применяются плазменные горелки косвенного действия.

- Плазменная резка. Достоинства: обрабатываются любые металлы толщиной до 100-150 мм, меньшая ширина реза чем при газовой резке, лучшая поверхность, меньшая зона термических изменений. Для плазменной резки используются плазматроны прямого действия. Плазмообразующий газ - аргон, азот, водород или воздух. При микроплазменной резке ток 50-100 А, толщина резки до 8 мм, ширина реза до 1-го мм.

Лазерная обработка материалов.

         Лазерная обработка проводится с помощью остросфокусированного светового луча, излучаемого оптическим квантовым генератором (ОКГ). Излучение ОКГ является узконаправленным и монохроматичным.

Процесс взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемым материалом можно разделить на следующие стадии:

- поглощение света с последующей передачей энергии тепловым колебаниям решетки твердого тела;

- нагрев материала без разрушения, включая и плавление;

- разрушение материала путем испарения и выброса его расплавленной части;

- остывание после окончания воздействия.

Принцип действия: разрушением и выбросом расплавленной части материала, производится резка и сверление отверстий. Для повышения точности и качества формируемых отверстий используется многоимпульсная обработка материала. Она заключается в том, что отверстия получаются в результате воздействия серии коротких импульсов (0,1-0,2 мс), период следования которых значительно больше времени остывания материала. Положительный эффект при многоимпульсной обработке достигается за счет:

- повышении динамической прочности материала при укорочении времени термоудара;

- более равномерным по отношению к непрерывной обработке распределением остаточных напряжений по толщине материала.

При многоимпульсной обработке глубина отверстий достигает 1-5 мм и может быть в 25 раз больше диаметра.

Электронно-лучевая обработка.

          Электронно-лучевая обработка основана на использовании энергии потока направленных электронов для формирования поверхностей деталей путем нагрева, плавления и испарения материала в зоне обработки. Для обработки материалов электронным лучом используются специальные установки, в которых формируются мощные направленные пучки электронов. Основными элементами установки являются катодный узел и системы фокусировки и перемещения луча (детали). Электронная пушка состоит из подогревного катода, фокусирующего электрода  и ускоряющего анода. Пучок электронов, испускаемых поверхностью нагретого катода, собирается в узкий луч фокусирующим электродом  и ускоряется разностью потенциалов между анодом  и катодом. Для сужения электронного пучка до необходимых размеров используются электростатические и электромагнитные линзы  и диафрагма. Пройдя через них, луч попадает на обрабатываемую деталь, укрепленную на рабочем столе. Обработка выполняется в камере, в которой создается глубокий вакуум (133•10-6 Па). Наблюдение за процессом обработки проводится с помощью оптической системы.

При проникновении электронов в материал их энергия передается электронам и ядрам атомов. Большая часть кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию, оставшаяся часть превращается в электромагнитное излучение фотонов, рентгеновское, излучение и эмиссию вторичных электронов.

Электронно-лучевая обработка применяется при размерной микрообработке и сварке, Остросфокусированным пучком электронов можно получить минимальный диаметр отверстия 0,5 мкм, а максимальный с одного прохода - 0,2 мм. Производительность процесса при разрезании, заготовок достигает 1 мм3/мин, точность обработки - 2 - 3 мкм, шероховатость поверхности соответствует 11-му классу. Размерная обработка используется при резке и прошивании полупроводниковых материалов, изготовлении элементов пленочных и полупроводниковых интегральных схем, обработке ферритовых элементов памяти ЭВМ и т.д. Электронно-лучевая сварка применяется при монтаже микросхем на печатные платы, при внутрисхемном и внутримодульном монтаже.

Достоинствами электронно-лучевой сварки являются: высокая чистота сварного шва, возможность получать сварные швы шириной 1 мм и менее, локальность температурного воздействия, глубокий провар, возможность сварки диэлектрических материалов.

К недостаткам электронно-лучевой обработки следует отнести сложность технологических установок, высокую их стоимость и необходимость проведения работ в условиях глубокого вакуума. Кроме того, неизбежное появление жесткого рентгеновского излучения требует специальных средств защиты и соблюдения строгих мер предосторожности.