電子束表面改性技術(shù)

電子束表面改性裝置主要包括電子槍、高壓油箱、聚焦系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、工作室、真空系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等七個部分。

電子槍是一個嚴格密封的真空器件，其燈絲為發(fā)射電子源，燈絲與陽極間施加數(shù)萬伏的電壓，對電子進行加速。在陰陽極之間，還有一個柵控極，柵極與陰極之間加負偏壓，其最大值可達1500V,用以控制電子束流的大小。燈絲發(fā)射出的電子束流通過電磁聚焦線圈(電磁透鏡)，將電子束聚焦成不同尺寸的束斑，進人工作室，轟擊工件表面，使其加熱。

電子束表面改性設(shè)備的工作室有高真空、低真空和常壓三種類型。

高真空工作室工作壓力保持在1.33x10^-1~1.33x10^-4Pa的范圍內(nèi)，可與電子槍共用一套真空系統(tǒng)，加速電壓范圍一般在15~175kV,電子束在工作室的最大傳輸距離高達1000mm,調(diào)節(jié)范圍寬，電子散射小，功率密度高，可用大束斑對工件進行處理(可達20mmx20mm);低真空工作室工作壓力為13.3~1.33Pa,燈絲發(fā)射的電子束聚焦后通過特殊設(shè)計的氣阻噴管進人低真空室，其加速電壓范圍為40~150kV,最大傳輸距離<700mm,電子束有一定散射，束斑尺寸相對減小，這是電子束表面改性設(shè)備用得較多的系統(tǒng);常壓工作室處于非真空狀態(tài)，電子束通過一組存在壓差的噴管引人大氣中，其加速電壓150~175kV,電子?xùn)|散射嚴重，到工件的最大距離不超高25mm,但這種工作室結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。2100433B

中文名稱

電子束表面改性

英文名稱

electron beam surface modification

定　　義

采用電子束加熱，使金屬表面合金化，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的方法。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)（二級學(xué)科），材料合成、制備與加工（三級學(xué)科），表面改性和涂層技術(shù)（四級學(xué)科）

表面改性設(shè)備可分為干法和濕法兩類。非金屬礦粉常用的干法表面改性設(shè)備是SLG型連續(xù)粉體表面改性機，高速加熱混合機，渦流磨及PSC型粉體表面改性機等。常見的濕法表面改性設(shè)備為可控溫反應(yīng)罐和反應(yīng)釜。

表面改性方法很多。能夠改變粉體表面或界面物理化學(xué)性質(zhì)的方法，如表面有機包覆、液相化學(xué)沉淀包覆、氣相物理沉積，機械力化學(xué)、層狀結(jié)構(gòu)粉體插層等都可稱為表面改性方法。二十一世紀初工業(yè)上無機粉體表面改性常用的方法主要有表面有機包覆、沉淀反應(yīng)包覆、機械力化學(xué)及復(fù)合法等。

表面有機包覆改性是最常用的無機粉體表面改性方法。這是一種利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學(xué)反應(yīng)對顆粒表面進行改性的方法。所用表面改性劑主要有偶聯(lián)劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋯鋁酸酯、有機絡(luò)合物、磷酸酯等)、高級脂肪酸及其鹽、高級胺鹽、硅油或硅樹脂、有機低聚物及不飽和有機酸、水溶性高分子等。

沉淀反應(yīng)包覆是利用化學(xué)沉淀反應(yīng)將表面改性物沉淀包覆在被改性顆粒表面，是一種“無機/無機包覆”或“無機納米/微米粉體包覆”的粉體表面改性方法或粒子表面修飾方法。粉體表面包覆納米TiO₂、ZnO、CaCO₃等無機物的改性，就是通過沉淀反應(yīng)實現(xiàn)的，如云母粉表面包覆TiO₂制備珠光云母；鈦白粉表面包覆SiO₂和Al₂O₃以及硅藻土和煅燒高嶺土表面包覆納米TiO₂和ZnO；硅灰石粉體表面包覆納米碳酸鈣和納米硅酸鋁。

機械力化學(xué)改性是利用粉體超細粉碎及其它強烈機械力作用有目的地激活顆粒表面，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜或表面無定形化，增強它與有機物或其他無機物的反應(yīng)活性。機械化學(xué)作用可以提高顆粒表面的吸附和反應(yīng)活性，增強其與有機基質(zhì)或有機表面改性劑的使用。以機械力化學(xué)原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的機械融合技術(shù)，是一種對無機顆粒進行復(fù)合處理或表面改性，如表面復(fù)合、包覆、分散的方法。

插層改性是指利用層狀結(jié)構(gòu)的粉體顆粒晶體層之間結(jié)合力較弱(如分子鍵或范德華鍵)或存在可交換陽離子等特性,通過離子交換反應(yīng)或特性吸附改變粉體性質(zhì)的方法。因此，用于插層改性的粉體一般來說具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，如石墨、蒙脫土、蛭石、高嶺土等。

復(fù)合改性是指綜合采用多種方法（物理、化學(xué)和機械等）改變顆粒的表面性質(zhì)以滿足應(yīng)用的需要的改性方法。應(yīng)用的復(fù)合改性方法主要有有機物理/化學(xué)包覆、機械力化學(xué)/有機包覆、無機沉淀反應(yīng)/有機包覆等。