一种具有静电消除功能的电子束加工装置

技术领域

本发明涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种具有静电消除功能的电子束加工装置。

背景技术

电子束加工是利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华，由于其能量大，温度高，直径小，因此能够加工一些钨、钽、钛等高熔点的金属或合金，同时能够实现高深宽比的金属零件焊接。

现有的电子束加工设备是通过电子枪将电子束发射并撞击在待加工品上，由于电子枪发射的电子束粒子都带有负电荷，因此在加工过程中，当待加工品导电性较差时，会造成待加工品表面出现静电积累，同时，由于待加工品在入射电子束作用下会被轰击出来二次电子，其也会造成待加工品表面出现静电积累，静电积累不仅会造成待加工品本身物理性质产生变化，同时其产生的电场还会对进行加工的电子束造成包括线路偏移在内的影响，导致加工出现较大的误差或者缺陷，影响加工品的良品率。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电子束加工设备在加工过程中会导致待加工品产生静电积累，进而影响加工品良品率的缺陷，从而提供一种具有静电消除功能的电子束加工装置。

本发明提供如下技术方案：

一种具有静电消除功能的电子束加工装置，包括：

壳体，内部形成加工待加工品的加工空间；

加工用电子枪，与所述加工空间相连通，所述加工用电子枪用于向待加工品发射第一电子束；

静电消除装置，与所述加工空间相连通，所述静电消除装置用于向待加工品发射第二电子束；

所述第二电子束使待加工品产生的电荷与所述第一电子束使待加工品产生的电荷相抵消。

可选地，还包括：

第一测量装置，所述第一测量装置包括：位于所述第二电子束移动路径上的检测位置，以及远离所述第二电子束移动路径的非检测位置。

可选地，所述第一测量装置包括：

法拉第杯，当法拉第杯位于所述检测位置时，其入射端朝向所述静电消除装置的发射端设置；

安装件，与所述静电消除装置转动相连，且所述安装件的端部设有所述法拉第杯，并受驱动的带动法拉第杯在所述检测位置和所述非检测位置之间移动。

可选地，所述第二电子束的电压值为10V至3000V。

可选地，所述第二电子束的束流为5nA至400μA。

可选地，还包括：

第一基座，设置在所述壳体上；所述第一基座设有用于安装所述静电消除装置，并与所述加工空间相连通的第一安装腔，所述第一安装腔还设有与所述静电消除装置适配的密封件。

可选地，还包括：

离子枪，与所述加工空间相连通，所述离子枪用于向待加工品发射离子束，从而清洗所述待加工品。

可选地，所述离子束的电压值为100V至2000V。

可选地，所述离子束的束流为100μA至10mA。

可选地，还包括：

第二基座，设置在所述壳体上；所述第二基座设有用于安装所述离子枪，并与所述加工空间相连通的第二安装腔，所述第二安装腔设有与所述离子枪适配的密封件。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，包括壳体，内部形成加工待加工品的加工空间；加工用电子枪，与所述加工空间相连通，所述加工用电子枪用于向待加工品发射第一电子束；静电消除装置，与所述加工空间相连通，所述静电消除装置用于向待加工品发射第二电子束；所述第二电子束使待加工品产生的电荷与所述第一电子束使待加工品产生的电荷相抵消。

本发明设置静电消除装置，其用于向待加工品发射第二电子束，当加工用电子枪发射第一电子束对待加工品进行加工后，第一电子束会导致待加工品表面出现静电积累，使用静电消除装置向待加工品发射第二电子束，第二电子束使待加工品产生的电荷能够与第一电子束使待加工品产生的电荷相抵消，从而消除待加工品的静电，相较于现有技术中，第一电子束使待加工品产生的静电无法消除，造成待加工品本身物理性质产生变化，同时其产生的电场还会对进行加工的第一电子束造成包括线路偏移在内的影响，从而影响加工良品率，本申请通过设置静电消除装置发射第二电子束，及时的消除第一电子束导致加工品产生的静电，从而保证加工的良品率。

2.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，还包括第一测量装置，所述第一测量装置包括位于所述第二电子束移动路径上的检测位置，以及远离所述第二电子束移动路径的非检测位置。

由于第二电子束在静电消除装置中的产生及移动过程中有时会存在损耗，即实际输出的第二电子束与所需的第二电子束之间会存在有偏差，本申请设置第一测量装置对输出的第二电子束进行测量，以避免输出的第二电子束束流过大造成静电过中和；

同时，第一测量装置包括检测位置和非检测位置，避免在静电消除过程中，由于第一测量装置的阻挡，而导致第二电子束无法到达待加工品上，进而导致无法完成静电消除；

此外，第二电子束在静电消除装置中的损耗会积累在静电消除装置上形成积累电荷，进而产生电场，对进行加工的第一电子束造成包括线路偏移在内的影响，通过第一测量装置的测量结果可以得知损耗产生的积累电荷的数据，进而能够通过向静电消除装置提供对应电流的方式，消除上述积累电荷，保证加工的精度及良品率。

3.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，所述第一测量装置包括法拉第杯，当法拉第杯位于所述检测位置时，其入射端朝向所述静电消除装置的发射端设置；安装件，与所述静电消除装置转动相连，且所述安装件的端部设有所述法拉第杯，并受驱动的带动法拉第杯在所述检测位置和所述非检测位置之间移动。

本发明的第一测量装置包括法拉第杯和安装件，法拉第杯用于对第二电子束进行测量，安装件用于带动法拉第杯在检测位置和非检测位置之间移动，从而实现对第二电子束的测量，并避免在静电消除过程中其对第二电子束造成阻挡。

4.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，所述第二电子束的电压值为10V至3000V。

本发明第二电子束的电压值为10V至3000V，避免其能量过高对待加工品表面造成损伤。

5.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，所述第二电子束的束流为5nA至400μA。

本发明第二电子束的束流为5nA至400μA，保证第二电子束的电子数目足够消除积累静电，并保证消除效率。

6.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，还包括第一基座，设置在所述壳体上；所述第一基座设有用于安装所述静电消除装置，并与所述加工空间相连通的第一安装腔，所述第一安装腔还设有与所述静电消除装置适配的密封件。

本发明设置第一基座用于安装静电消除装置，第一基座的第一安装腔设有与静电消除装置适配的密封件，以保证两者之间的密封连接，进而保证加工空间维持电子束加工所需的真空环境。

7.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，还包括离子枪，所述加工空间相连通，所述离子枪用于向待加工品发射离子束，从而清洗所述待加工品。

本发明设置离子枪向待加工品发射离子束，从而清洗待加工品，例如，去除待加工品表面的氧化层。

8.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，所述离子束的电压值为100V至2000V。

本发明离子束的电压值为100V至2000V，避免其能量过高对待加工品表面造成损伤。

9.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，所述离子束的束流为100μA至10mA。

本发明离子束的束流为100μA至10mA，保证离子束的清洗效率。

10.本发明提供的具有静电消除功能的电子束加工装置，还包括第二基座，设置在所述壳体上；所述第二基座设有用于安装所述离子枪，并与所述加工空间相连通的第二安装腔，所述第二安装腔设有与所述离子枪适配的密封件。

本发明设置第二基座用于安装离子枪，第二基座的第二安装腔设有与离子枪适配的密封件，以保证两者之间的密封连接，进而保证加工空间维持电子束加工所需的真空环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1中提供的待加工品的二次电子发射系数曲线图；

图3为本发明实施例1中提供的静电消除装置及第一测量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例1中提供的离子枪的结构示意图。

附图标记说明：

1.加工用电子枪；2.离子枪；3.静电消除装置；4.壳体；5.待加工品；6.第一电子束；7.第二电子束；8.法拉第杯；9.安装件；10.第一基座；11.第二基座；12.离子束；13.移动装置；14.电子枪阴极；15.电子枪栅极；16.电子枪阳极；17.离子枪阴极；18.离子枪抑制极；19.离子枪吸出极；20.离子枪阳极。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种具有静电消除功能的电子束加工装置，如图1-图4所示，包括

壳体4，内部形成加工待加工品5的加工空间；本实施例对壳体4的结构不做具体限定，优选的，如图1所示，壳体4内设有移动装置13，用于放置待加工品5，并带动待加工品5移动，所述移动装置13包括加工位置，当其带动待加工品5位于加工位置时，移动装置13停止移动，此时即可以进行电子束加工、静电消除及离子束清洗，为便于对待加工品5及电子束、离子束12进行观察，壳体4设有观察装置，本实施例的移动装置13优选为受驱动而移动的传送带，观察装置采用观察镜，本实施例中，由于壳体4内需要进行电子束加工，因此壳体4至少在加工时需要保证加工空间维持真空环境；当然，在其他实施例中，壳体4也可以不设置移动装置13，其内部设置用于放置待加工品5的加工位置，此时需要手动将或通过机械臂将待加工品5进行取放。

加工用电子枪1，与所述加工空间相连通，本实施例中加工用电子枪1优选朝向加工位置设置，所述加工用电子枪1用于向待加工品5发射第一电子束6，以对待加工品5进行电子束加工。

静电消除装置3，与所述加工空间相连通，本实施例中静电消除装置3优选朝向加工位置设置，所述静电消除装置3用于向待加工品5发射第二电子束7；所述第二电子束7使待加工品5产生的电荷与所述第一电子束6使待加工品5产生的电荷相抵消；

本实施例对静电消除装置3的结构不做具体限定，优选的，如图3所示，本实施例的静电消除装置3采用静电消除用电子枪，其包括用于产生第二电子束7的电子枪阴极14，用于控制第二电子束7的束斑直径和束流大小的电子枪栅极15和用于给第二电子束7提供加速能量的电子枪阳极16，电子枪阴极14、电子枪栅极15和电子枪阳极16沿朝向静电消除装置3出口端的方向依次设置，且同轴设置，优选的，本实施例的电子枪阴极14的直径大于1mm，材料优选为钨阴极或钽阴极，真空在3×10

本实施例对静电消除装置3的安装方式不做具体限定，优选的，如图1所示，在所述壳体4上设置第一基座10，所述第一基座10设有用于安装所述静电消除装置3，并与所述加工空间相连通的第一安装腔，所述第一安装腔还设有与所述静电消除装置3适配的密封件，以保证加工空间能够维持真空环境；当然，在其他实施例中，静电消除装置3可以设置在壳体4外部，在壳体4设置用于第二电子束7通过的通道；

本实施例对第二电子束7的电压值不做具体限定，优选为10V至3000V；

本实施例对第二电子束7的束流值不做具体限定，优选为5nA至400μA；

通过设置静电消除装置3使第二电子束7导致待加工品5产生的电荷与第一电子束6导致待加工品5产生的电荷相抵消的原理如下：

如图2所示，图中横坐标E表示入射电子束的能量，其由电子束的电压值大小决定，图中纵坐标δ表示待加工品5的二次电子发射系数，二次电子发射系数是指电子束在轰击待加工品5之后，出射电子数目和入射电子数目的比值，如图2所示，金属或合金待加工品5的二次电子发射系数和入射电子束的能量有关，且二次电子发射系数随着入射电子束的能量大小变化而产生波动，当入射电子束的能量值为E

由于静电消除装置3在使用时，其自身也会产生电荷积累，从而形成电场，对加工待加工品5的第一电子束6产生不利影响，同时实际输出的第二电子束7与所需的第二电子束7之间会存在有偏差，影响静电消除的效果，因此需要准确获取实际输出的第二电子束7的能量值，优选的，如图3所示，本实施例进一步设置第一测量装置，所述第一测量装置包括：位于所述第二电子束7移动路径上的检测位置，以及远离所述第二电子束7移动路径的非检测位置，在静电消除之前将第一测量装置移动至检测位置，将第二电子束7射入检测位置，从而进行检测，以进行进一步的调整，静电消除时第一测量装置位于非检测位置，避免阻碍第二电子束7到达待加工品5，即通过设置第一测量装置实现对第二电子束7能量值的检测。

本实施例对第一测量装置的结构不做具体限定，优选的，如图3所示，本实施例的第一测量装置包括法拉第杯8，当法拉第杯8位于所述检测位置时，其入射端朝向所述静电消除装置3的发射端设置，以便于第二电子束7进入法拉第杯8内，通过第二电子束7撞击法拉第杯8产生的电流大小，从而得到第二电子束7的能量值；安装件9，与所述静电消除装置3转动相连，优选通过轴承连接，且所述安装件9的端部设有所述法拉第杯8，并受驱动的带动法拉第杯8在所述检测位置和所述非检测位置之间移动；当然，在其他实施例中，安装件9也可以通过滑轨与壳体4相连，带动法拉第杯8朝向靠近检测位置或远离检测位置的方向移动。

离子枪2，与所述加工空间相连通，所述离子枪2用于向待加工品5发射离子束12，从而清洗所述待加工品5，离子枪2包括离子枪阴极17、离子枪抑制极18、离子枪吸出极19和离子枪阳极20，离子枪抑制极18位于离子枪阴极17外围，离子枪阴极17、离子枪吸出极19和离子枪阳极20沿朝向离子枪2出口端的方向依次设置，且同轴设置；当然，在其他实施例中，也可以不设置离子枪2；

本实施例对离子束12的电压值不做具体限定，优选为100V至2000V；

本实施例对离子束12的束流值不做具体限定，优选为100μA至10mA；

本实施例对离子枪2的安装方式不做具体限定，优选的，如图1所示，在所述壳体4上设置第二基座11，所述第二基座11设有用于安装所述离子枪2，并与所述加工空间相连通的第二安装腔，所述第二安装腔设有与所述离子枪2适配的密封件，以保证加工空间能够维持真空环境；当然，在其他实施例中，离子枪2可以设置在壳体4外部，在壳体4设置用于离子束12通过的通道；本实施例通过设置离子枪2进一步对待加工品5进行清洗，提升待加工品5的光洁度。

本实施例在使用时，首先将待加工品5置于或移动至加工位置，然后通过加工用电子枪1发射第一电子束6对待加工品5进行加工，当通过观察装置观察到加工缺陷，或者通过电位计或电流表发现待加工品5的静电积累过高时，关闭加工用电子枪1，将第一测量装置移动至检测位置，开启静电消除装置3发射第二电子束7，通过第一测量装置获取第二电子束7的数据，并将其调整至合适能量值，然后关闭静电消除装置3，将第一测量装置移动至非检测位置，再次开启静电消除装置3发射第二电子束7，此时第二电子束7辐照待加工品5，实现静电消除，静电消除后，关闭静电消除装置3，开启加工用电子枪1继续加工，当加工结束后，开启离子束12对待加工品5进行清洗。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。