中文名称

电子束表面改性

英文名称

electron beam surface modification

定　　义

采用电子束加热，使金属表面合金化，以改变其化学成分、组织和性能的方法。

应用学科

材料科学技术（一级学科），材料科学技术基础（二级学科），材料合成、制备与加工（三级学科），表面改性和涂层技术（四级学科）

电子束表面改性装置主要包括电子枪、高压油箱、聚焦系统、扫描系统、工作室、真空系统、监控系统等七个部分。

电子枪是一个严格密封的真空器件，其灯丝为发射电子源，灯丝与阳极间施加数万伏的电压，对电子进行加速。在阴阳极之间，还有一个栅控极，栅极与阴极之间加负偏压，其最大值可达1500V,用以控制电子束流的大小。灯丝发射出的电子束流通过电磁聚焦线圈(电磁透镜)，将电子束聚焦成不同尺寸的束斑，进人工作室，轰击工件表面，使其加热。

电子束表面改性设备的工作室有高真空、低真空和常压三种类型。

高真空工作室工作压力保持在1.33x10^-1~1.33x10^-4Pa的范围内，可与电子枪共用一套真空系统，加速电压范围一般在15~175kV,电子束在工作室的最大传输距离高达1000mm,调节范围宽，电子散射小，功率密度高，可用大束斑对工件进行处理(可达20mmx20mm);低真空工作室工作压力为13.3~1.33Pa,灯丝发射的电子束聚焦后通过特殊设计的气阻喷管进人低真空室，其加速电压范围为40~150kV,最大传输距离<700mm,电子束有一定散射，束斑尺寸相对减小，这是电子束表面改性设备用得较多的系统;常压工作室处于非真空状态，电子束通过一组存在压差的喷管引人大气中，其加速电压150~175kV,电子东散射严重，到工件的最大距离不超高25mm,但这种工作室结构简单、操作方便。2100433B

表面改性设备可分为干法和湿法两类。非金属矿粉常用的干法表面改性设备是SLG型连续粉体表面改性机，高速加热混合机，涡流磨及PSC型粉体表面改性机等。常见的湿法表面改性设备为可控温反应罐和反应釜。

表面改性方法很多。能够改变粉体表面或界面物理化学性质的方法，如表面有机包覆、液相化学沉淀包覆、气相物理沉积，机械力化学、层状结构粉体插层等都可称为表面改性方法。二十一世纪初工业上无机粉体表面改性常用的方法主要有表面有机包覆、沉淀反应包覆、机械力化学及复合法等。

表面有机包覆改性是最常用的无机粉体表面改性方法。这是一种利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性的方法。所用表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等)、高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、硅油或硅树脂、有机低聚物及不饱和有机酸、水溶性高分子等。

沉淀反应包覆是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方法或粒子表面修饰方法。粉体表面包覆纳米TiO₂、ZnO、CaCO₃等无机物的改性，就是通过沉淀反应实现的，如云母粉表面包覆TiO₂制备珠光云母；钛白粉表面包覆SiO₂和Al₂O₃以及硅藻土和煅烧高岭土表面包覆纳米TiO₂和ZnO；硅灰石粉体表面包覆纳米碳酸钙和纳米硅酸铝。

机械力化学改性是利用粉体超细粉碎及其它强烈机械力作用有目的地激活颗粒表面，使其结构复杂或表面无定形化，增强它与有机物或其他无机物的反应活性。机械化学作用可以提高颗粒表面的吸附和反应活性，增强其与有机基质或有机表面改性剂的使用。以机械力化学原理为基础发展起来的机械融合技术，是一种对无机颗粒进行复合处理或表面改性，如表面复合、包覆、分散的方法。

插层改性是指利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱(如分子键或范德华键)或存在可交换阳离子等特性,通过离子交换反应或特性吸附改变粉体性质的方法。因此，用于插层改性的粉体一般来说具有层状晶体结构，如石墨、蒙脱土、蛭石、高岭土等。

复合改性是指综合采用多种方法（物理、化学和机械等）改变颗粒的表面性质以满足应用的需要的改性方法。应用的复合改性方法主要有有机物理/化学包覆、机械力化学/有机包覆、无机沉淀反应/有机包覆等。