טכנולוגיות של קרן האלקטרונים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
Gnome-edit-clear.svg
ערך זה זקוק לעריכה: ייתכן שהערך סובל מבעיות ניסוח, סגנון טעון שיפור או צורך בהגהה, או שיש לעצב אותו, או מפגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
מערכת להטיית הקרן
מערכת ריתוך קרן אלקטרונים בוואקום
תיאור תהליך PVD
מיקרוסקופ אלקטרוני חודר

מאז אמצע המאה ה-20, מספקת טכנולוגיית קרן האלקטרונים בסיס למגוון יישומים חדשים. בייצור מגוון של מוליכים למחצה, במערכות מיקרו-אלקטרומכניות, במערכות ננו-אלקטרומכניות ובמיקרוסקופיה .

עיקרון הפעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

ניתן לתפעל אלקטרונים חופשיים בוואקום באמצעות שדות חשמליים ומגנטיים ליצירת קרן דקה. כאשר הקרן מתנגשת בחומר במצב מוצק, האלקטרונים מומרים לחום או לאנרגיה קינטית. ניתן לשלוט באופן מדויק אלקטרונית על ריכוז אנרגיה זה בנפח קטן של חומר, מה שמביא יתרונות רבים.

יישומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

העלייה המהירה של הטמפרטורה במקום הפגיעה יכולה להמיס את החומר הנפגע במהירות. בתנאי עבודה קיצוניים, עליית הטמפרטורה המהירה יכולה אפילו להוביל להתאדות, מה שהופך את קרן האלקטרונים לכלי מצוין ביישומי חימום, כגון ריתוך. טכנולוגיית קרן אלקטרונים משמשת לטיפול בבידוד כבלים, בליטוגרפיה אלקטרונית של תמונות זעירות בערכים של תת-מיקרון ותמונות בערכי ננו,

במיקרו -אלקטרוניקה, קרן האלקטרונים משמשת לשיפור של הדפסות בצבע ולייצור ושינוי של פולימרים, בין יישומים רבים אחרים.

תנורים[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרן האלקטרונים בוואקום מספקת מקור חום שיכול להמיס או לשנות כל חומר שהוא.[1] מקור חום זה הוא סטרילי לחלוטין . מה שמבטיח כי ניתן כך לייצר את החומרים הטהורים ביותר ולשכלל אותם. בתנורי ואקום כאלה ניתן לייצר או לזקק מתכות נדירות.

במדינות מתועשות קיימים תנורים גדולים לייצור המוני של פלדות, לתנורים אלה קיבולת הנמדדת בטונות ועוצמת קרן אלקטרונים במגה וואט.

ריתוך[עריכת קוד מקור | עריכה]

ריתוך בקרן אלקטרונים בקנה מידה תעשייתי החל בסוף שנות ה -50, ומאז תוכננו אינספור מכונות ריתוך בקרן אלקטרונים המשמשות ברחבי העולם. מכונות אלה כוללות תאי ואקום בנפח בין כמה ליטרים עד מאות מטרים מעוקבים, עם אקדחי אלקטרונים בעוצמה של עד 100 קילוואט.

טיפולי שטח[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכונות ריתוך מודרניות המבוססות על קרן אלקטרונים מתוכננות בדרך כלל עם מערכת הטיה מבוקרת מחשב שיכולה להעביר את הקרן במהירות ובדייקנות על פני שטח נבחר של החלק העובד. בזכות החימום המהיר מחממים רק שכבת משטח דקה של החומר. היישומים כוללים טיפולים טרמיים להקשייה והרפייה של מתכות. כאשר קרן האלקטרונים מבצעת חיתוך שקע רדוד במשטח, הזזה חוזרת ונשנית אופקית של הקרן לאורך השקע במהירות גבוהה יוצרת ערימה קטנה של מתכת מומסת שנפלטה. בעזרת תנועה על פני השטח ניתן לקבל חספוס אשר יסייע להדבקה בין חומרים שונים וכמו כן לשנות את החספוס וטיב פני השטח של החלק. לטכנולוגיה זו שייך גם נידוף באמצעות קרן אלקטרונים.

הדפסת תלת מימד[עריכת קוד מקור | עריכה]

הדפסת תלת מימד הוא תהליך של חיבור חומרים ליצירת אובייקטים מנתוני ממוחשבים של מודל תלת ממדי, בדרך כלל על ידי המסת חומר אבקה שכבה על גבי שכבה. ההתכה בוואקום באמצעות קרן אלקטרונים מבוקרת מחשב מדויקת ביותר. ייצור קרן אלקטרונים ישירה (DM) הוא האמצעי הראשון שקיים באופן מסחרי, בקנה מידה גדול, לתכנות מלא להשגת חלקי צורה נטו.

עיבוד שבבי[עריכת קוד מקור | עריכה]

עיבוד בקרן אלקטרונים הוא תהליך בו מתרכזים אלקטרונים במהירות גבוהה לקרן צרה עם צפיפות הספק מישורית גבוהה מאוד. לאחר מכן ממוקד חתך הקרן ומופנה לעבר החלק העובד ויוצר חום ומאדה את החומר. ניתן להשתמש בעיבוד קרני אלקטרונים לחיתוך מדויק או לקדוח במגוון רחב של מתכות. גימור השטח המתקבל טוב יותר ממה שניתן לייצר על ידי תהליכי חיתוך תרמיים אחרים. עם זאת, בשל עלויות ציוד גבוהות, השימוש בטכנולוגיה זו מוגבל למוצרים בעלי ערך רב.

ליטוגרפיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

ליטוגרפיה אלקטרונית מיוצרת על ידי קרן אלקטרונים ממוקדת מאוד, היוצרת מיקרו-מבנים בהתנגדות אשר לאחר מכן ניתן להעביר לחומר המצע, לעיתים קרובות על ידי איכול. הוא פותח במקור לייצור מעגלים למחשב ומשמש גם ליצירת ארכיטקטורות ננו-טכנולוגיות. ליטוגרפיות אלקטרוניות משתמשות בקרן אלקטרונים בקוטר שנע בין שני ננומטר למאות ננומטר. ליתוגרפיית האלקטרונים משמשת גם לייצור הולוגרמות ממוחשבות (CGH). ליטוגרפיה אלקטרונית מצאה שימוש נרחב בייצור כלי מיסוך בתהליכים לפוטוליתוגרפיה, ובעיקר לייצור בנפח נמוך של רכיבי מוליכים למחצה, במסגרת פעילויות מחקר ופיתוח.

ייצור תאים סולריים[עריכת קוד מקור | עריכה]

שקיעת אדים פיזית (PVD) :הוא תהליך המתרחש בוואקום ומייצר סרט דק של תאים סולריים על גבי מצע. אידוי קרני אלקטרונים משתמש בפליטת תרמיוניקה כדי ליצור זרם אלקטרונים המואץ על ידי קתודה במתח גבוה וסידור אנודות.

שדות אלקטרוסטטיים ומגנטיים ממקדים ומכוונים את האלקטרונים לפגוע במטרה. האנרגיה הקינטית הופכת לאנרגיה תרמית על פני החומר או בסמוך לו. החימום שנוצר גורם לחומר להתמוסס ואז להתאדות. ניתן להגיע לטמפרטורות העולות על 3500 מעלות צלזיוס. האדים מהמקור מתעבים על גבי מצע ויוצרים סרט דק של חומר בעל טוהר גבוה. ניתן להשיג עובי פילם משכבה אטומית אחת ועד מיקרונים.

טכניקה זו משמשת במיקרואלקטרוניקה, אופטיקה, ציפויים מיוחדים על כלי חיתוך, מטלורגיה, וכדי לייצר תאים סולאריים ומוצרים רבים אחרים.

תהליך ריפוי צבעים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ריפוי צבעים בעזרת קרן אלקטרונים הוא שיטה לשימור צבעים ודיו ללא צורך בממס מסורתי. ריפוי בקרן אלקטרונים מייצר גימור הדומה לזה של תהליכי אידוי ממסים מסורתיים, אך משיג את הגימור באמצעות תהליך פילמור.

מיקרוסקופים אלקטרוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מיקרוסקופ אלקטרוני משתמש בקרן אלקטרונים מבוקרת כדי להאיר דגימה ולהפיק תמונה מוגדלת. שני סוגים נפוצים הם המיקרוסקופ האלקטרוני הסורק (SEM) והמיקרוסקופ האלקטרוני החודר (TEM).

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • Schultz, H.: Electron beam welding, Abington Publishing
  • Von Dobeneck, D.: Electron Beam Welding – Examples of 30 Years of Job-Shop Experience
  • elfik.isibrno.cz/en : Electron beam welding (in Czech and/or English)
  • Visser, A.: Werkstoffabtrag durch Elektronen-und Photonenstrahlen; Verlag <Technische Rundschau>, Blaue Reihe, Heft 104
  • Klein, J., Ed., Welding: Processes, Quality and Applications, Nova Science Publishers, Inc., N.Y., Chapters 1 and 2, pp. 1–166
  • Nemtanu, M. R., Brasoveanu, M., Ed., Practical Aspects and applications of Electron Beam Irradiation, Transworld Research Network, 37/661(2), Fort P.O., Trivandrum-695 023, Kerala, India

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Development of Electron Beam Systems and Technologies, Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP (באנגלית)