Использование электрических полей и электрических разрядов

Общая характеристика

Эти технологические процессы основаны на взаимодействии электрических полей изоляционного промежутка и электрических разрядов с веществом.

Преимущества:

1.В этих процессах имеет место непосредственное воздействие электрической энергии на обрабатываемый материал без промежуточной трансформации энергии, которая сопровождается потерями.

2.Большое разнообразие форм взаимодействия электрического поля с материалами определяет большое разнообразие технологических процессов и предоставляет возможность выбора процесса с оптимальными параметрами.

3.Воздействию электрических полей и электрических разрядов могут быть подвергнуты любые вещества.

Применение электрических разрядов для очистки поверхностей материалов

Метод применяется как последняя стадия очистки поверхности перед нанесением различных покрытий. При этом удаляются следующие загрязнения:

- Микровыступы и микрочастицы основного и примесного материалов

- Хемосорбированные атомы и молекулы – образование монослоя (на поверхности материала) атомов или молекул за счет возникновения химических связей с атомами основного материала. Причем, соотношение атомов загрязнения к атомам основного материала достигает 1:4.

Наиболее опасным является адсорбирование молекул H₂O. Энергия химических связей достигает нескольких эВ.

- Физически адсорбированные атомы и молекулы. Адсорбция возникает за счет поляризационных сил. Энергия физической адсорбции на порядок меньше, т.е. такое загрязнение удалить легче (удаляется грязь в один атом или молекулу).

Применяются три вида электрических разрядов:

1. Коронные

2. Тлеющие

3. Маломощные искровые

А) Обработка коронным разрядом:

ОИ - обрабатываемое изделие

U - напряжение

Б) Обработка либо тлеющим, либо маломощным тлеющим разрядом:

Давление:

При использовании схемы (Б) происходит концентрация тока на микровыступах и микрочастицах.

Такая обработка получила название – кондиционирование поверхности.

Кроме этого, процесс очистки заключается в том, что возникает силовое воздействие электрического поля на частички. Это силовое воздействие может превысить силы взаимодействия загрязнения с поверхностью.

Силовое воздействие на частицы загрязнений со стороны ионов электрического разряда:

Также может иметь место модификация поверхности основного вещества, в результате чего образуются свободные химические связи.

В результате такой обработки электрическими разрядами повышается адгезия при нанесении различных покрытий (адгезия – сила сцепления покрытия с основой), при этом повышаются коррозийная стойкость и достигаются другие положительные эффекты.

Электрокаплеструйная печать (принтеры)

В таких устройствах используется принцип электростатического управления струей монодисперсных заряженных капель чернил по аналогии с электронным осциллографом. Монодисперсные – означает, что капли имеют одинаковые размеры и заряд. Схема устройства представлена на рис.

1 – эмиттер капель и зарядное устройство

2 – дополнительный электрод для очистки струи от мелких капель

3 – 2 плоских электрода для отклонения струи по оси Х и направлении струи

4 – 2 плоских электрода для отклонения струи по оси Y и направлении струи

5 – лист бумаги на металлическом основании

6 – блок синхронизации и управления

Рис.

Эмиттер 1 генерирует однородную прямолинейную струю капель и обеспечивает их заряд. В настоящее время применяют 3 способа получения струи капель.

1) Капли образуются в результате импульсного изменения давления внутри камеры с чернилами и при каждом импульсе из сопла камеры выбрасывается одна капля

2) Из сопла с высоким давлением выбрасывается струя чернил со скоростью 20 м/с. Эта струя подается на пластинку пьезоэлектрического модулятора и дробится на одинаковые капли. Этот способ позволяет получить наивысшую скорость печати

3) Капельная струя образуется под воздействием эл. поля. В качестве электрода используется капилляр. Отличается простотой печатающей головки. Одновременно с образованием осуществляется зарядка капель.

После выхода из эмиттера струя проходит мимо электрода 2. Этот электрода создает электрическое поле с помощью которого удаляются саттелиты (ненужные капельки меньшего размера). Дальше струя проходит через пары электродов 3 и 4. Они служат для создания изменяющегося эл. поля которое отклоняет струю в поперечном направлении по отношению к струе. Это отклонение осуществляется по осям Х и У. Струя попадает на лист 5

Блок синхронизации 6 обеспечивает синхронное управление эмиттером капель и отклонение по осям Х и У.

Электрокаплеструйная печать обладает рядом преимуществ:

– большая скорость печати (размер 5х7 – 1000 знаков в секунду)

– простота

– надежность

Электрографическая печать

В основе электрографической печати лежит свойство высокоомного фотополупроводника изменять свою проводимость под действием света. Получили применение два вида полупроводниковых материала : окись цинка (ZnO₂) и селен (Se). Они имеют достаточно большое удельное сопротивление - 10¹³¸10¹⁴ Омм.

Эти фотополупроводники наносят на подложку двумя способами:

1) Путем нанесения тонкого слоя суспензии порошка этого материала с последующим высушиванием (ZnO₂)

2) Напыление в вакууме (Se)

Важнейшие параметры материалов:

Тип материала	Разрешающая способность, лин/мм	Чувствительность, ед ГОСТа
ZnO2		0.1-1
Se	30-50

Электрографическая печать состоит из 4-х стадий:

1) Электризация (зарядка поверхности полупроводника)

1 – слой полупроводника

2 – металлический лист

3 – направление перемещения

4 – коронирующие электроды (вольфрамовая проволочка диаметром 0,02-0,1 мм)

Зарядка осуществляется с помощью коронного разряда. Нужно обеспечить высокую равномерность зарядки, которая достигается применением нескольких рядов коронирующих иголок (проволок), а так же равномерным перемещением полупроводника.

2) Экспонирование заряженного слоя

На поверхность заряженного полупроводника проецируется копируемое изображение. Поверхность имеет освещенные и неосвещенные участки. Сопротивление в освещенных участках снижается и заряд стекает на металлический лист, а на неосвещенных участках заряд остаётся. В результате на поверхности полупроводника остается скрытое электростатическое изображение.

3) Проявление изображения

Обычно применяют два способа проявления: сухой и жидкостный.

Сухой способ: каскадный способ, магнитной кистью, аэрозольный.

Различаются они способом доставки проявляющего порошка к поверхности полупроводника. В первых двух разновидностях сухого способа используется проявитель состоящий из двух компонент:

а) крупнозернистый носитель диаметром 300-700 мкм (кварцевый песок, стеклянный шарики или полистирольные шарики)

б) мелкозернистый тонер диаметром 5-10 мкм

Эти компоненты смешивают и получают:

При проявлении проявитель перемещается по поверхности полупроводника и частички тонера отрываясь от носителя оседают на поверхности полупроводника.

При аэрозольном способе доставка тонера к поверхности полупроводника осуществляется потоком воздуха. При этом используют частички диаметром 0,1-1 мкм. В этом случае увеличивается разрешающая способность (чёткость) изображений и появляется возможность получения полутоновых изображений.

4) Перенос изображения с полупроводника на бумагу.

Для этого листу бумаги сообщается электрический заряд такого же знака, как на поверхности полупроводника. Затем лист кратковременно накладывается на поверхность полупроводника и на поверхности листа остаётся некоторое количество частичек тонера. После этого полученное изображение закрепляется на бумаге термически или с помощью растворителя.

Жидкостный способ: происходят те же самые процессы, что и в сухом, только теперь уже в жидкой среде, причем качество печати выше и проще осуществить цветную печать, но установки сложнее и дороже.