Tehnologii de prelucrare cu jet de apa

Tehnologii de prelucrare cu jet de apa

1.Consideratii generale

Tehnologia de prelucrare cu jet de apa este una din cele mai noi metode de prelucrare admise in zona tehnologiilor neconventionale.

Prima instalatie industriala a devenit operative in noiembrie 1971, fiind produsa de compania McCartney si a avut ca prima aplicatie taierea unor tuburi de carton.

Dezvoltare procedeului se desfasoara dupa 2 directii //, intre care, insa va exista permanent o relatie

Tehnologii de prelucrare cu fascicule de ioni

Posibilitatea se utilizare a electronilor si ionilor dirijati la realizarea anumitor tipuri de prelucrari a fost semnalata la inceputul sec 19-lea de catre Grove -astazi fasciculele de ioni fiind utilizate cu success la operatii de gaurire, frezare, sudare, depuneri de acoperire, prelevari de straturi subtiri etc

Fenomene fizico-mecanice la preluc cu fascicule de ioni

Prelucrarea cu fascicule de ioni are la baza emisia de catre catod a electronilor care ionizeaza moleculele de gaz, ionii astfel obtinuti fiind aceelerati de catre un camp electric. Succesiunea fenomenelor , cf modelului Keywell, este urmat: un ion accelerat soseste cu viteza ridicata la suprafata piesei si patrunde in adancime pana cand ciocneste un atom, daca energia este sufficient de mare asesta este proiectat in interiorul materialului unde ciocneste la randul sau alti atomi, urmand o succesiune de astfel de fenomene pana cand se ajunge la suprafata materialului supus bombardamentului .Daca atomii deplasati au o energie destul de mare ciocnesc atomii din stratul superficial si ii proiecteaza in afara piesei, avand loc o prelevare din materialul piesei.

Functie de energia ionilor incidenti pot aparea 3 tipuri de interactiuni intre acestia si atomii materialului bombardat:

-sunt annihilate fortele Coulomb si se produc distrugeri puternice ale materialului piesei (10⁶ eV)

- ionii impreuna cu electronii formeaza un ecran in jurul nucleului atomului ciocnit(10⁴ eV . 10⁵ eV)

-ciocnirea este similara cu cea dintre 2 sfere dure satisfacand cerinta bombardamentului ionic(10³ eV . 10⁴ eV)

efectul fizic al bombardamentului ionic se det prin randamentul de pulverizare exprimat ca raport intre nr atomilor ejectati si numarul ionilor incidenti:

unde: Δm -pierderea de masa din piesa[μg]; I-intensitatea curentului ionic[μA]; A-masa atomica a materialului piesei[μg]; t- timpul cat piesa este bombardata[ore];

ingraficul de mai jos se observa ca ptr a realize indepartarea de material energy ionilor treb sa fie mai mare ca valoarea energ de prag E_p , caracteristica materialului.

Efectele chimice ale bombardamentului apar in conditiile interactiei chimice dintre ionii acelerati si materialul piesei rezultand oxizi pe suprafata piesei bombardate ionic.

Insalatii de prelucrare cu fascicule de ioni(tunuri ionice)

-sunt alc dintr-un tub de sticla Pyrex 1 in care este inglobata camera de ionizare 2 anodul 3 si catodul 4 cuplati la tensiunea de accelerare si care constructive formeaza camera de accelerare 5. Fasciculul ionic 6 trece prin camera de bombardare 7, in care presiunea are valori de 10^{-6 .} 10^-7 torri si actioneaza asupra piesei de prelucrat 8

Aplicatii tehnologice ale fasciculului de ioni

Preocedeul se dovedeste a fi deosebit de efficient la prelucrarea materilalelor dure si extradure realizandu se microsuduri de mare finite, sudarea unor piese agabaritice , debitari , frezarea unor canale de dim f mici, gauriri de precizie f ridicata la dimensinui de 4..6μm

Depunerea straturilor subtiri

-este un prces de depunere prin vaporizare, stratul pe care se realiz depunerea fiind bombardat de un fascicul de ioni , tinta si sursa de eaporare fiind catodul, respective anodul .

- implica 2 procese:

pulverizarea duce la obtinerea unor suprafete curate lipsite de oxizi si impuritati determinandu se un contact direct intre atomii stratului si cei ai filmului depus

implantarea creeaza straturi cu o compozitie si o structura gradate chiar din sustante care fiind insolubile nu pot fi amestecate normal

operatia de placare ionica are urmat etape:

-se videaza sistemul la presiunea limita necesara (<10^-4 torr)

-se introd argon pana la o presiune de 10^-2..5X10^-2 torr si se amorseaza descarcarea in gaz la o tensiune de 2..5 kV si o densitate de current catodic de 0.3 .06 mA/cm ²

- se ridica temp sursei de vapori la temperature de evaporare a materialului , obturatorul permitand depunerea materialului eaporat pe supraf stratului.

- se form interfata prin stab unui echilibru intre rata de pulverizare si rara de depunere

-se continua prtocesul de depunere ptr obt grosimii dorite

o varianta a acestuo procedeu este placarea ionica reactiva care consta in introd unui gaz ractiv (oxygen hydrogen hidrocarburi ect)

la presiune joasa ceea ce permite depunerea unor compusi ai materialului evaporate cu gazul respective. Oastfel de instalatie este realizata din: sursa de ioni 1, electrodul de accelerare 2, sist de focalizare 3, deflectorul 4, piesa 5, support 6, fascicul de ioni 7, vapori 8, piesa 9, support 10

utilizarea tunurilor de ioni a permis evaporarea unor materiale cu pcte de topire f inalte: molibden, titan, wf, co, ect.

Placarea ionica se dovedeste utila in realizarea contactelor electrice cu proprietati superioare: lubrefiere solida, acoperiri cu pb staniu, durificarea suprafetelor

Preluc straturilor subtiri

Fasciculul ionic se poate utilize in cazul in care este nevoie de prelevarea unui strat f subtire de pe suprafata piesei sau curatarea acesteia de oxizi sau impuritati . Tensiunile de accelerare vor fi de 2.3 kV si presiunile de 10^-5 torr

Alte aplicatii ale fasciculului de ioni

Una dintre cele mai noi utilizari ale bombardamentului ionic este procedeul de tratare termica locala a unor suprafete de dimensiuni extrem de reduse: microalezaje, fante, canale ect. (se num Vidionique)

Fasciculele de ioni isi gasesc intrebuintarea si in constr unor aparate complexe: oscilografe, microscoape eletrconice, generatoare de raze X.

Principalele directii de dezv a domeniului fasciculeleor de ioni sunt:

-realiz unor instalatii p[erformante

- optimizarea tehnologiilor de fabricatie