粒子束加工设备制造技术

本发明专利技术涉及尺寸上较小和工作在较高效率下的粒子束加工设备。该加工设备包括粒子束产生部件，箔片支撑部件，和加工部件。在粒子束产生部件中，例如电子的粒子云是通过加热至少一个钨丝产生的。然后，电子被引出以高速到达被设置在比粒子束产生部件更低电压的箔片支撑部件。基片被供给加工设备通过加工区和暴露于离开粒子束产生部件和进入加工区的电子。电子透入和固化基片，引起诸如聚合，交联或者消毒的化学反应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及粒子束加工设备。特别是，本专利技术涉及包括粒子产生部件、具有薄箔片的箔片支撑部件、以及引起在基片或者涂层上化学反应的加工区的粒子束加工设备。
技术介绍
粒子束加工装置通常用来将基片或者涂层暴露处于高度加速的粒子束例如电子束(EB)中，以引起在基片或者涂层上的化学反应。电子是在所有物质中发现的负性荷电粒子。电子围绕着原子核旋转，十分类似于行星围绕着太阳旋转。通过共用电子，两个或者更多原子束缚在一起形成分子。EB加工中，电子束被用来改进各种各样产物和材料的分子结构。例如，电子能够用来改变专门设计的液体涂层、油墨和粘合剂。EB加工期间，电子断开键接和形成荷电粒子与自由基。然后这些自由基结合形成大分子。通过这种加工，液体被转换成固体。这种加工公知为聚合作用。用EB加工处理的液体涂层可以包括印刷油墨，漆，硅酮释放涂层，涂料涂层，压力敏感粘合剂，阻挡层涂层和叠层粘合剂。EB加工也可以被用来改变和增强固体材料的物理特性，例如纸，塑料膜和非织带纺织基片，所有这些都被特定地设计为对EB处理起反应。粒子束加工装置通常包括三个区。它们是产生粒子束的真空室区，粒子加速区和加工区。在真空室中，钨丝被加热到是钨电子发射温度的大约2400K，以产生电子云。然后，正电压差被施加到真空室以提取和同时加速这些电子。之后电子穿过薄箔片和进入加工区。薄箔片起在真空室和加工区之间的阻挡层的作用。加速的电子通过薄箔片离开真空室和进入大气条件下的加工区。当前商业上可获得的电子束加工装置通常工作在125kV的最小电压。这些现有EB装置利用由钛制成的具有12.5微米厚度的薄箔片，以固化通过加工装置以每分钟800-1000英尺的速度被馈送的基片上的涂层。例如，这种EB装置可以从麻省的Energy Science，Inc.Wilmington购买，型号为125/105/1200。但是，这些加工装置不有效地起作用，因为来自125kV的大部分能量被浪费了。另外，当前技术不能够被用于类似于灵活食品组装的某些工业。在125kV工作的EB装置在接触正被组装食物的聚乙烯基质密封层膜上吸收大量的能量。这个吸收引起膜中的气味溢出和增加其密封初始温度。增加效率的一个方法是将工作电压降低到125kV以下。另外，125kV以下的工作允许能量吸收深度的更好控制和使由密封层膜吸收的电子能量最小化。然而，当电压被降低到125kV以下时，通过钛箔的电子的动能降低，因为更多的能量被钛箔吸收，引起箔片过度地发热。过度发热引起钛箔变蓝和脆，并且丧失其机械强度。过度发热还产生系统热控制的问题。结果，基片的供给速度一定要显著地降低，其使得该加工装置在商业上是不可用的。鉴于前述，对粒子束加工装置有这种需要更有效地工作，尺寸较小，具有降低的功率要求和便宜构造。专利技术概述本专利技术的优点和目的将在随后的说明中部分地提及，以及将从说明中部分地显而易见，或者可以通过本专利技术的实施学知。本专利技术的优点和目的将通过所附权利要求中特别指出的单元和组合而实现和获得。为了实现优点和根据本专利技术的目的，正如这里体现和广义说明的，本专利技术的一个方案是提供尺寸较小和更高效率的粒子束加工装置。根据本专利技术，粒子束加工装置包括电源，粒子发生部件，箔片支撑部件和加工部件。粒子发生部件位于真空容器中和被连接到电源。粒子发生部件工作在110kV或更低之范围内的第一电压。粒子发生部件包括至少一个热丝，用于受热时产生多个粒子。箔片支撑部件工作在第二电压，其高于第一电压，以允许至少一部分粒子从第一电压移动到第二电压和离开箔片支撑部件。箔片支撑部件包括由钛或其合金制成的具有10微米或更小厚度的薄箔片。加工部件是用于接收离开箔片支撑部件的粒子。这些粒子引起基片上的化学反应。本专利技术的第二方案也是提供粒子束加工装置。除了箔片支撑部件包括由钛或其合金制成的具有20微米或更小厚度的薄箔片之外，类似于第一方案，该粒子束加工装置包括电源，粒子发生部件，箔片支撑部件和加工部件。本专利技术的第三方案是提供用于在粒子束加工装置中引起基片上化学反应的方法。该方法包括几个步骤，其包括在具有至少一个热丝的粒子发生部件中建立真空，加热热丝以产生多个粒子，将粒子发生部件工作在具有110kV或更低范围的第一电压上，将具有薄箔片的箔片支撑部件工作在第二电压，其高于第一电压，以引起至少一部分粒子从第一电压移动到第二电压和离开粒子发生部件中的真空，薄箔片由钛或其合金制成且具有10微米或更小厚度，以及使离开的粒子穿过薄箔片进入基片被暴露于粒子的加工部件。本专利技术的第四方案也是提供用于在粒子束加工装置中引起基片上化学反应的方法。除了薄箔片是由钛或其合金制成的且具有20微米或更小厚度之外，类似于第三方案，该方法相同的步骤。应当理解，前面的总体说明和随后的详细说明仅仅是示例性和说明性的，不对如权利要求的本专利技术构成限制。附带优点将在随后的说明中提及，并且从说明中将部分地理解，或者可以从本专利技术的实施中学知。优点和目的可以利用附带的权利要求中提出的组合得到。附图简述被加在和构成本说明书一部分的附图说明了本专利技术的几个实施例，与本说明一起，其用于解释本专利技术的原理。附图中图1是根据本专利技术一个实施例的粒子束加工装置的示意图；图2是电子束电压分布的示意图；图3是根据本专利技术优选实施例的粒子束加工装置的前视图； 图4表示在90kV工作电压下测量的作为钛箔厚度函数的深度剂量分布曲线图；图5是用于具有1.5英尺宽度的加工装置的机器产率(machineyields)作为工作电压函数的曲线图，其是使用5，8和12.5微米钛箔厚度测量的；图6表示在各种工作电压下测量的作为钛箔厚度函数的深度剂量分布曲线图；和图7是使用17，12.5和8微米钛箔厚度测量的作为入射能量keV之函数的由薄箔片吸收的能量曲线图；图8是随着基片通过粒子束加工装置在基片上的交联反应的示意图；图9是随着基片通过粒子束加工装置在基片上的聚合反应的示意图；和图10是随着基片通过粒子束加工装置在基片上的消毒反应的示意图。本专利技术说明现在对与本专利技术一致的方法和设备的几个实施例做详细地参考，其例子在附图中说明。在任何可能的地方，相同的参考数目将在整个附图涉及相同的或类似的部分中使用。而且，本专利技术通过下述的例子将进一步清楚。由于至少两个创造性理由，根据本专利技术的粒子束加工装置能够在尺寸上做得较小并且能够以较高效率速率工作；一，工作电压被降低到110kV或更低，以及，二，如果用钛或者其合金制成，薄箔片具有10微米或更小的厚度，以及如果用铝或者其合金制成，薄箔片具有20微米或更小的厚度。根据本专利技术的原理，粒子束加工装置包括电源，粒子发生部件，箔片支撑部件和加工部件。图1示意地表示符合本专利技术原理的粒子束加工装置100，其包括电源102，粒子束发生部件110，箔片支撑部件140，和加工部件170。电源102给加工装置100优选地提供110V或更低的工作电压，最优选为90-100kV的范围。电源102可以是可商业获得的电源类型，其包括位于电气绝缘钢室中的多个电变压器以给粒子束发生部件110提供高电压而产生电子。粒子束发生部件110优选地保持在容器或者室114的真空环境中。在产生电子束即EB加工装置的实施例中，粒子束发生部件110被通常地称为电子枪部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尺寸较小和具有较高效率的粒子束加工装置，其引起在基片上的化学反应，包括：电源；粒子发生部件，其位于真空容器中和被连接到电源，电源工作在１１０ｋＶ或更低之范围内的第一电压，粒子发生部件包括至少一个热丝，用于受热时产生多个粒子； 工作在第二电压的箔片支撑部件，第二电压高于第一电压，以允许至少一部分所述粒子从第一电压移动到第二电压和离开箔片支撑部件，箔片支撑部件包括由钛或其合金制成的具有１０微米或更小厚度的薄箔片；和加工部件，其用于接收离开箔片支撑部件的所述粒子， 这些粒子用于引起所述的化学反应。

【技术特征摘要】
US 1999-11-5 09/434,3801一种尺寸较小和具有较高效率的粒子束加工装置，其引起在基片上的化学反应，包括电源；粒子发生部件，其位于真空容器中和被连接到电源，电源工作在110kV或更低之范围内的第一电压，粒子发生部件包括至少一个热丝，用于受热时产生多个粒子；工作在第二电压的箔片支撑部件，第二电压高于第一电压，以允许至少一部分所述粒子从第一电压移动到第二电压和离开箔片支撑部件，箔片支撑部件包括由钛或其合金制成的具有10微米或更小厚度的薄箔片；和加工部件，其用于接收离开箔片支撑部件的所述粒子，这些粒子用于引起所述的化学反应。2权利要求1的粒子束加工装置，其中加工装置的机器产率(K)是由表示每单位质量吸收的能量的剂量，表示加工装置的供给速率的速度，和表示从热丝引出的电子数目的电流确定的，根据K＝(剂量·速度)/电流其中机器产率(K)是在30/L之上，这里L是以英尺为单位测量的机器宽度，和由此K是以Mrads·英尺/分钟/mAmp为单位测量的机器产率，剂量是以Mrads为单位测量的每单位质量吸收的能量，速度是以英尺/分钟为单位测量的基片的供给速率，和电流是以mAmp为单位测量的从热丝引出的电子数目。3权利要求1的粒子束加工装置，其中真空容器具有在0.05-145ft3范围内的工作体积。4权利要求1的粒子束加工装置，其中至少一个热丝是由诸如钨或者钨合金的线丝构成的，并且跨过箔片支撑部件的长度被隔开。5权利要求1的粒子束加工装置，其中粒子发生部件还包括控制从至少一个热丝拉出的多个粒子的量的第一网格，第一网格工作在高于第一电压的第三电压。6权利要求5的粒子束加工装置，其中粒子发生部件还包括位于靠近第一网格和工作在第一电压的第二网格，第二网格作为粒子在从第一电压到第二电压加速之前的网关。7权利要求1的粒子束加工装置，其中箔片支撑部件包括多个开口，以通过出自真空容器的多个粒子和将这些粒子进入加工部件。8权利要求1的粒子束加工装置，其中加工部件包括注入气体以完成化学反应的多个气体入口。9权利要求8的粒子束加工装置，其中注入加工部件的气体包括替换在加工部件中现有的氧气的非氧气体。10权利要求1的粒子束加工装置，还包括包围至少一部分粒子束加工装置之周围的保护衬垫。11权利要求10的粒子束加工装置，其中保护衬垫能够吸收具有小于或者等于每小时0.1mrem之残余量的辐射。12一种尺寸较小和具有较高效率的粒子束加工装置，其引起在基片上的化学反应，包括电源；粒子发生部件，其位于真空容器中和被连接到电源，其工作在110kV或更低之范围内的第一电压，粒子发生部件包括至少一个热丝，用于受热时产生多个粒子；工作在第二电压的箔片支撑部件，第二电压高于第一电压，以允许至少一部分所述粒子从第一电压移动到第二电压和离开箔片支撑部件，箔片支撑部件包括由钛或其合金制成的具有20微米或更小厚度的薄箔片；和加工部件，其用于接收离开箔片支撑部件的所述粒子，这些粒子引起所述的化学反应。13权利要求12的粒子束加工装置，其中加工装置的机器产率(K)是由表示每单位质量吸收的能量的剂量，表示加工装置的供给速率的速度，和表示从热丝引出的电子数目的电流确定的，根据K＝(剂量·速度)/电流其中机器产率(K)是在30/L之上，这里L是以英尺为单...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊姆蒂亚兹朗瓦拉，哈维克劳弗，乔治翰纳芬，
申请(专利权)人：能源科学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]