Меню

§ 5.8 Лучевые методы обработки материалов

Содержание

Каким образом в походе, не имея спичек или зажигалки, в солнечный день можно разжечь костёр с помощью двояковыпуклой линзы? Почему это удаётся сделать?

Светолучевая обработка материалов основана на тепловом воздействии лучей света.

Под лучами солнца бывает гораздо жарче, чем в тени. Солнечные лучи несут тепловую энергию. Если её концентрировать с помощью линзы или вогнутогозеркала, то в точке фокуса лучей можно получить очень высокую температуру, при которой начинает гореть древесина, солома (рис. 5.9).

Технологию концентрации солнечных лучей используют в солнечных печах для плавки металлов и получения сплавов без вредных примесей (рис. 5.10).

Такие печи с огромными зеркалами концентрируют большой поток солнечных лучей и позволяют получать температуру около 3500 °C.

На промышленных предприятиях использование солнечной энергии для обработки материалов практически невозможно. Нельзя применить в качестве источника лучевой энергии и лампы накаливания или люминесцентные лампы. Они излучают свет во всех направлениях, и в рабочую зону даже при использовании линз и зеркал попадёт очень небольшая часть этой энергии.

В начале пятидесятых годов прошлого века советские учёные-физики А. М. Прохоров и Н. Г. Басов доказали, что можно построить такой источник света. Они разработали теорию лазера, и первый лазер, представлявший собой рубиновый стержень, был построен уже в 1960 году. Лазер — это устройство, излучающее мощный световой поток в одном направлении. В настоящее время широко используются лазеры на полупроводниках (рис. 5.11).

Электронно-лучевая обработка. Обрабатывать материалы можно не только мелкими абразивными частичками или атомными частицами: протонами, нейтронами и электронами. На производстве, особенно в микроэлектронике, получила распространение технология обработки материалов лучом, представляющим собой поток электронов.

Электроны — это отрицательно заряженные частицы, имеющиеся во всех атомах любого вещества. При нагревании некоторых веществ, например электрическим током, электроны легко могут отрываться от атомов. Эти отрицательно заряженные частицы, не связанные с атомами, образуют вокруг нагретого тела электронное облако.

В вакууме напротив тела с электронным облаком помещают дополнительный электрод, подключённый к положительному полюсу источника тока (к аноду), а нагретое тело — к отрицательному полюсу (к катоду). Под действием электрического поля электроны начинают двигаться от катода к аноду. Ударяясь об анод, электроны нагревают его поверхность.

Поток электронов — это электрический ток, которым можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, поэтому поток электронов удаётся сфокусировать в одну точку. Температура в этой точке может доходить до 6000 °C. Любой материал будет плавиться, испаряться, образуя нужные отверстия, полости, канавки и т. п.

С помощью промышленных электронно-лучевых установок для обработки материалов изготавливают микросхемы для компьютеров, выполняют операции отдельных видов нанотехнологий (технологий изготовления сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи).

Проверьте себя:

1. С помощью чего можно концентрировать солнечные лучи?

2*. Почему для солнечных печей не используют большие линзы?

3. Кто разработал теорию лазера?

4. Какие лазеры получили распространение в промышленноети?

5*. Почему на современных производствах механическую обработку материалов стремятся заменить обработкой лазером?

6*. Почему процесс электронно-лучевой обработки ведут в вакууме?

* Подумайте, можно ли построить такой оптический прибор, чтобы он направлял все солнечные лучи в одну сторону, как у лазера. Обоснуйте свой ответ.