摘要：电子束选区熔化(Electron beam selective melting,EBSM)是一种先进的金属粉末床熔融增材制造技术,具有能量集中、能量利用率高、可以成形难熔及脆性材料、真空环境无污染等优点,在航空航天、生物医疗等领域被广泛应用。对电子束选区成形过程进行实时监测及调控可以提高产品质量,但真空、高温、强光、金属蒸气等环境使得实时监测难度非常大。针对上述难点,设计了一套基于背散射电子成像的在线监测系统,该系统采用S型点扫描的偏转扫描方式和接收面积更大的背散射电子信号采集传感器极板,采用中值滤波算法去除椒盐噪声提高图像信噪比,并对图像进行增强处理,在EBSM过程中具备实时清晰地观察加工表面形貌信息的能力,监测范围可达150 mm×150 mm,图像分辨率可达1000像素×1000像素,成像速度可达1帧/s。

摘要：在直热式电子枪中,电子枪束源部件结构尺寸的改变会改变静电场对电子束的初次汇聚,从而影响束流品质。针对电子枪中静电场以及电子运动轨迹难以用常规方法直接测量的问题,通过建立1∶1三维模型,并利用CST电磁仿真粒子工作室对整个束流产生过程进行模拟。利用控制单一变量的方法,结合模拟所得数据,得到了在不同条件下,静电场分布、电子的运动轨迹以及各个变量与最终焦点处束流电流密度关系曲线,最终得到了束流品质最优的束源部件结构尺寸。用优化了阴阳极结构及阴阳极距离后的电子枪在铝合金板材上进行实际焊接试验,所得焊缝形貌优于原有电子枪焊接所得焊缝,证明了模拟结果的正确性。此种模拟方法为改善现有电子枪束流品质以及未来电子枪设计提供了参考依据。

摘要：针对目前主流热发射电子枪普遍存在的外加电流产生磁场从而影响热电子的问题,提出了激光加热阴极模式。该加热模式可有效消除磁场的影响,从而提高束流品质及阴极寿命。基于Q60-A电子束设备,通过仿真研究与实验验证,对激光加热阴极及电子运动过程进行系统分析,确定了激光器选型方案和束源部件结构优化方案。结果表明,推荐激光波长为1064 nm,阴极工作温度为2650 K,阴极达到工作温度所需激光功率为377 W,维持阴极工作温度基本稳定的临界功率为160 W,设计优化了新束源部件结构尺寸,当阴阳极间距离18 mm、阳极孔径10 mm、栅极球面半径20 mm时,电子束流品质理想,并通过实验验证了仿真结果的准确性及激光器选型的合理性。本研究为激光加热阴极式电子枪的系统化设计及工程化应用提供了参考依据和有益指导。