[发明专利]粒子束加工设备

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及粒子束加工设备。特别是，本发明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。

背景技术

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。

发明概述

本发明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，或者可以通过本发明的实施学知。本发明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发明的目的，正如这里体现和广义说明的，本发明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。根据本发明，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。

本发明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。