急求电子束加工技术的发展史，使用的设备和工艺，以及发展趋势？

【专家解说】：電子束(EB)應用技術的發展1952年查爾斯發現聚乙烯的原子爐輻射交聯後，放射線交聯已經經曆了50多年的曆史。美國、歐洲和日本等發達國家從上世紀50年代末，先後建立了各種高分子輻射改性研究機構並開始生產電子束交聯的聚乙烯電線，拉開了高分子電子束輻射加工的序幕。之後，電子束輻射技術在聚乙烯泡沫、熱收縮材料、汽車輪胎，塗層固化等領域獲得了廣泛的應用，同時應用於醫療器件的殺菌、食品消毒防腐、環境保護等領域。  工業用輻射源主要有鈷60（γ射線）和電子束設備（電子束和X射線），從使用等角度，電子束更具優勢，到目前為止，在工業應用中，電子束（EB）成為了主流。 　　最近，通過電子束輻射技術實現材料的功能化和高附加值等方麵已獲得了長足的發展，本文就電子束輻射技術進行概述。 　　EB輻射技術的應用現狀 　　EB輻射技術在能源、交通、環保、衛生、食品等各個領域，已成為許多產業領域材料改良的基礎技術。按技術領域劃分，可主要分為：材料交聯、接枝聚合、塗層固化、殺菌、食品輻射與環保等。 　　電子束輻射交聯技術的應用 　　通過EB輻射使分子之間交聯結合而形成三維結構，以此來改善高分子材料的耐熱和機械力學等性能，該技術最早用於耐熱包覆電線、耐熱板與耐熱膜、熱收縮管與熱收縮膜等的製造。與傳統的化學交聯技術比較，EB輻射交聯技術具有可適用於類別廣範的材料改性，已成為材料改性的重要工程手段。 　　•電線與膠帶中 　　現在，用於電子設備、汽車的PE（聚乙烯）和PVC（聚氯乙烯）包覆電線的改良主要是通過E B 輻射技術實現。EB輻射交聯的PE（聚乙烯）和PVC（聚氯乙烯）膠帶具有優秀的抗老化特性，大量用於電線束的耐熱保護。 　　•熱收縮管與熱收縮膜 　　對PE等進行電子束輻射交聯之後，加熱至融點附近，然後施加外力，在使其變形得狀態下進行冷卻，外力去除變形得以保留；再次加熱至融點附近，其性質具有收縮至不加外力時的原有狀態，我們將此記憶性質稱之為記憶效果或者熱收縮特性。現在軟管和薄膜熱收縮材料已廣泛用於配線端部與連接部的防腐蝕、食品包裝等領域。 　　•聚烯烴泡沫材料中 　　EB輻射交聯法與以往的化學交聯法相比較，具有交聯與發泡可通過不同工藝進行的優點，具有可控製氣泡、衝擊吸收性良好及表麵平滑性良好等特點。泡沫聚烯 烴（PE、PP（聚丙烯）、EVA（乙烯/醋酸乙脂）等）廣泛用於汽車內部裝飾材料、建築與土木領域、隔熱工業領域、農林與水產領域、電線絕緣體等。 　　•橡膠材料 　　EB輻射交聯硫化技術與化學硫化相比，具有不含有害的亞硝基胺、不產生亞硫酸氣體及在自然環境中易於分解的特點。天然乳膠的放射線交聯在日本、馬來西亞與印度尼西亞等國被用於手術用手套等。在美國，屋頂橡膠材料大量使用EB輻射技術，在橡膠軟管以及其它各種部件的製造中也獲得了應用。 　　•碳化矽纖維 　　對聚碳酸脂—— 矽烷（polycarbo - sulane）纖維進行10Mgy以上EB輻射以及熱氧化非熔化處理製造所得碳化矽纖維用於纖維強化陶瓷複合材料，具有1500°C以上耐熱性，是宇宙航空領域、原子能發電與熱核反應堆等的極其重要的結構材料。 　　•自控性塑料發熱體（6） 　　對將碳黑與塑料通過適當組成混合的發熱體進行通電的話，就會發熱，然而由於電阻隨著溫度的上升而增加，發熱量會減少，因此輸出被控製。但是如果是普通塑料，一旦超過融點電阻則急劇減小，成為發熱體著火的原因。因此若事先對此進行EB交聯，即使超過融點，也可獲得電阻並不減小的發熱體。該特性被應用於農業、園藝領域。 　　•工程塑料等的交聯 　　工程塑料對放射線較為穩定，因此其交聯並不容易。但是通過使用適當的交聯加速劑經過EB交聯，在300°C的鉛焊液中不融解的工程塑料獲得應用。熱穩定性好的 TAIC最能促進交聯，TAIC對PET與PBT等也有效。耐熱材料之一的PTFE是最易發生放射線分解的聚合物，不能在放射線環境下使用。但在溶融狀態下，對此進行放射線輻射的話，就會進行交聯，有可能作為新的抗放射線性的材料。 　　接枝聚合技術的應用 　　接枝聚合是改良聚合物性質的重要途徑。EB輻射接枝聚合一般有兩種途徑，一是通過EB輻射首先在主幹聚合物上生成遊離基後，與單分子物體進行反應的預輻射法，二是與單分子物體共存狀態下，用EB輻射進行接枝聚合的同時輻射法。EB輻射接枝聚合的特長： 　　• 賦予材料功能性：比如合成與由原材料物理性分離功能和離子吸附形成的化學性分離功能的複合功能；賦予材料的阻燃功能等。 　　• 官能基複合物的合成：通過利用共接枝聚合法，可以形成宮能基的複合物。 　　• 馬賽克膜的合成：通過對屏蔽技術的應用，可以獲得功能上的馬賽克化。 　　• 反應場的控製、聚合物與單分子的溶解度係數的控製：可以進行表麵層接枝聚合、均勻表麵層接枝聚合等。 　　•可進行遊離基生成（電子束輻射工藝）與接枝聚合工藝的分離：所生成的遊離基通過保存在其聚合物的玻璃轉移點以下，可以長期保存。 　　•在EB接枝聚合的情況下，遊離基的生成與等離子和紫外線接枝技術相比，由於是從聚合物的內部生成的，因此接枝後的性能更加穩定可靠。 　　固化技術的應用 　　六十年代後期以塗料廠家為中心，開始了電子束塗層固化技術的研究開發，EB塗層固化技術是在基本材料的表麵噴圖單分子與齊聚物，通過EB輻射聚合形成保護膜。與類似的UV（紫外線）技術硬化相比較，EB輻射固化技術在未來更具有優越性。 　　EB固化塗層在高耐候性塗層、磁性介質、印刷電阻、極高交聯密度的高硬度保護膜（鉛筆硬度8~9H以上的高硬度保護膜）、非透明且厚的保護膜塗層、熱敏基材表麵塗層、防霧膜、表麵防污處理等方麵已獲得了實際的工業應用，用傳統UV（紫外線）加工技術難於實現。 　　醫療用具的消毒殺菌 　　通過放射線對醫療用具消毒殺菌的出發點是1956年美國使用範德格喇夫型EB裝置（2MV，0.5KV）進行腸線縫合線的商業消毒。之後，丹麥與法國也使用高能量的EB裝置進行醫療用具的消毒殺菌。以1960年在英國的γ射線殺菌的應用輻射為開端，繼此γ射線商業消毒設施在全世界不斷建設，γ射線殺菌的普及得到快速發展。關於EB殺菌的轉機，大型的EB殺菌設施實在1979年在美國建設。以此為契機，作為經濟型更高的適用性係統，開始提高EB裝置的大功率化、可靠性與操作性。全世界在1980年以後，EB輻射設施趨向增加，與此相呼應，EB殺菌產品占放射線殺菌的比例逐年上升。日本1989年茨城縣築波市建設了通過EB委托殺菌設施。現在，殺菌對象產品不僅涉及醫療用具，而且涉及無紡布質地的長袍、服裝、口罩與試驗用檢驗器具類（殼體等）、醫藥品容器等。 　　食品輻射 　　利用放射線抑製食品品質的下降與腐爛的研究始於1942年在美國通過由EB發生的X線對漢堡包用肉進行輻射保存效果開始的。由γ線進行的輻射研究是進入五十年代之後開始的。1980年由WHO、TAEA、FAO的聯合委員會進行的『安全宣言』以來，已有27個國家使輻射食品在國內流通。在全世界流通的輻射食品大約為50萬噸，香辣調味料約占2.4萬噸。 　　環境保護 　　工業廢氣，廢液和固體物的無害化和綜合利用等方麵，EB輻射技術已被證明行之有效。使用10kGy左右的吸收束量，可以去除工業廢氣中80%以上的NOx和94%以上的SOx。 　　通過EB進行水的輻射處理可以氧化分解水中有機氯化物、農藥、殺蟲劑等。此外對下水排出水的殺菌，作為氯處理的代替技術，有望采用放射線處理。還確認了 對於污泥脫離業與印染排水的處理也有效。污泥是在廢水處理與下水處理過程中產生的有機廢棄物，通過對病原菌與寄生蟲等進行放射殺菌處理，可作為肥料與飼料或者微生物農藥使用，世界各國對此正在進行研究。通過EB輻射對廢水或者廢氣處理後的活性炭進行再生的研究結果表明，吸附性可回複到90%以上。該方法具有工藝簡單，此為節能工藝及幾乎不存在活性炭的損失等特點，有望實用化。 　　半導體 　　通過在半導體內形成晶格缺陷，可以高精度地控製載體壽命，載體壽命越短，越能進行高速（高頻）動作。比較3種1EB、2γ線、3質子加工方式由，由於EB的能量可連續變化，可以均勻地輻射廣泛的麵積，因此具有易於控製晶格缺陷狀態的特長，已獲得廣泛的產業應用。EB輻射技術的未來 　　交聯技術 　　一般認為此為成熟技術，將來也為重要技術，今後其應用領域也會不斷擴大。 　　固化技術 　　該技術是將來大幅度成長的技術領域。比如：通過塗層賦予普通薄膜特有的功能性、無溶劑型粘接迭層等。 　　接枝聚合技術 　　一般認為，通過接枝聚合技術，對通用材料賦予新功能的需求是無限的，因此認為，通過接枝聚合技術開發新功能材料是將來最有前途的技術領域。 　　滅菌技術 　　一般認為EB與鈷60相比，由於其易於操作，因此會不斷被EB取代。此外，也期待普及使EB與鎢和鉭一樣原子序號大的金屬相撞擊而獲得的製動X線。 　　食品輻射 　　關於輻射食品的完整性，由於國際上已經得出結論，因此研究的主流轉向對輻射食品的檢驗方法。我們認為食品的EB輻射處理已在世界範圍內得到推動，此為未來大有前途的技術領域。 　　環保 　　從地球環保的立場來看，導致酸雨原因的各種排氣處理到應用隻差一步之遙；污水污泥的處理等是今後成長的領域。而且通過EB進行的CO2處理作為未來研究的課題也很有價值。 　　半導體 　　通過對矽片電子注入生成載體卸波電路改善高頻開關的特性已經成為有用技術被認可，今後將在許多企業得到應用。而且被稱為下代半導體製造技術的超擴現象今後大有成為研究開發的課題。 　　總之，EB應用技術作為許多產業領域對材料改良的基本技術，其領域將不斷擴大。此外，由於EB裝置符合操作性、節能、節省空間這一時代性的要求，以及EB裝置的製造成本的不斷降低，EB應用技術會涉及多領域，工業利用會更加活躍。 高能束流加工技术的应用与发展高能束流加工技术以高能量密度束流（电子束、激光、离子束等）为热源与材料作用，从而实现材料去除、连接、生长和改性。高能束流加工该技术具有独特的技术优势，被誉为本世纪先进制造技术之一，受到越来越多的重视，应用领域不断扩大。经过多年的发展，高能束流加工技术已经应用到焊接、表面工程和快速制造等方面，在航空、航天、船舶、兵器、交通、医疗等诸多领域发挥了重要作用。　　高能束流束源品质的发展　　高能束流加工技术的应用与发展和高能束流束源品质有着密切的关系。随着科学技术的不断发展，无论是电子束还是激光束，束流品质越来越好，能量密度、功率等参数越来越高，加工能力和加工质量都有所提高。　　电子束束流品质主要有2 方面的内涵：一是束流和高压的稳定性；二是束流的形态和能量分布。前者主要取决于高压电源及相应控制系统；后者主要取决于电子枪及其电磁聚焦系统。　　高压电源是电子束加工设备的重要组成部分，自20 世纪50 年代以来，高压电源的设计及制造技术经历了3 个阶段，即工频变压器、中频发电机组、高频开关式电源。在每个发展阶段，高压电源性能都得到了很大提高，特别是开关式高压电源，高压调节范围更广，有效功率更高、高压纹波、设备体积更小。目前，高压开关电源的各个部分均实现了高频工作方式，通常在束流满量程的情况下，束流稳定度达到±0.25％，高压的稳定度达到±0.25％。　　束流形态和能量分布主要取决于电子枪及其所属的电磁聚焦系统，目前没有专属的量化指标，通常可对束流的不同截面进行能量分布的测定，来分析束流形态和能量分布是否良好。目前，电子束流发生装置（电子枪）技术发展迅速，已经由低压小功率型发展到高压大功率型，大大提升了加工能力和加工质量，同时拓展了电子束加工技术手段。　　我国高压电子束焊接设备的研制开发起步较晚，这主要因为高压电子束加工设备中的电子枪和高压电源设计制造技术难度大，测试试验不易开展。目前，国内开展电子束焊接设备的研究较多，但主要局限于中压、小功率电子束焊机的研究，高压、大功率设备的研究相对较少。目前已经解决了大功率高压电源和高压电子枪的问题，国防科技重点实验室对高能束流加工技术进行了系统深入的研究，并取得了一定成果，高压电源的高压、束流稳定度均达到了±0.25％，同时也开发了新型电子束能量密度测量装置，以进行相关电子枪的研究改进。　　新型激光器的不断出现和技术上的不断改进完善，有力地推动了激光技术在各个领域的应用，特别是20 世纪80 年代中后期以后，Nd:YAG 激光器和CO2激光器的性能进一步提高，输出功率增大到千瓦和万瓦级，使得材料的激光加工技术应用范围进一步扩大，特别是激光焊接技术已由热传导焊向深熔焊转变，焊接机制和原理发生了根本性变化。　　在国外，输出功率在10kW 左右的CO2激光加工系统已经成为稳定应用于各工业部门的常规焊接设备。在大功率激光焊接应用方面，法国焊接研究所于1993 年安装并完成了45kW CO2激光器的调试工作，正在开展大厚度（40 ～ 50m m）单道焊技术基础研究工作。1994 年和1996年，日本的Kinki先进材料加工研究所和日本钢铁公司也先后完成了45kW CO2激光器的安装工作。与此同时，YAG 激光焊接系统的输出功率也有较大提高，输出功率4k W的商品化设备已推向市场。　　在国内，激光材料加工技术经历了30 多年的发展历史。经过国家多个五年计划的攻关，激光加工设备从无到有，输出功率一步步提高，还有多家单位都具有生产2～10kW CO2激光器系列产品的能力，也可制造千瓦级以下的YAG固体激光器。但是与国外相比，光束品质较差，元器件可靠性、稳定性方面需进一步提高。　　目前，Nd:YAG激光器和CO2激光器的性能进一步提高。对于Nd:YAG激光器，为了克服其在高功率运转时严重的热透镜效应、提高激光器的输出功率和光束质量，发展了板条、管状等新型激光器结构形式；另外，光纤传输极大地提高了焊接操作的灵活性。与此同时，CO2激光器由最初的横流结构改为快速轴流结构，输出功率极大提高；射频激励和微波激励模式的建立减小了CO2激光器的体积，提高了效率和可调制性。　　20 世纪90 年代，二极管泵浦固体激光器的出现，使激光器的体积大大缩小，光束质量高、寿命长，泵浦效率远远超过灯激励方式，是一种很有前途的新型激光加工能源，必将在很大程度上替代现有的激光加工设备。　　近年来，一些新型激光器相继进入激光加工领域（如准分子激光器、发射5μm附近激光波长的CO激光器等），这将拓展激光焊接设备的新领域，促进激光加工技术向前发展。特别是光纤激光器的出现，无论是束流品质还是输出功率都应该说是激光加工技术的一场革命性变化。