一种团簇离子束纳米加工设备及其加工方法与流程

技术特征：

1.一种团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，包括进料装置、分级负压发生器、主轴电机、压力腔、物料预处理单元、纳米团簇离子束单元、纳米团簇粒径实时检测单元、出料装置以及电气控制系统；所述进料装置与所述压力腔连接，所述分级负压发生器分别与所述压力腔和主轴电机连接，所述主轴电机与所述压力腔连接，所述纳米团簇离子束单元分别与所述压力腔和出料装置连接，用于实现物料的偏转、加速以及对撞，所述物料预处理单元设于所述压力腔内，用于物料的预处理，将物料研磨成游离磨料，所述纳米团簇粒径实时检测单元设置在所述压力腔和纳米团簇离子束单元内，用于实时检测纳米团簇的粒径，所述电气控制系统分别与所述进料装置、主轴电机、纳米团簇离子束单元、纳米团簇粒径实时检测单元、散热器、出料装置电连接。

2.根据权利要求1所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，所述纳米团簇离子束单元包括设置在所述压力腔内的离子束偏转电路、偏转线圈以及与所述压力腔连接的两级加速腔；所述离子束偏转电路分别与所述偏转线圈和电气控制系统电连接，向偏转线圈提供锯齿波电流，产生径向、线性偏转磁场，所述两级加速腔靠近所述偏转线圈一端设有分离孔，另一端设有对撞孔，所述两级加速腔内设有正向环形通道和逆向环形通道，所述正向环形通道和逆向环形通道在分别在所述分离孔和所述对撞孔处相交，所述两级加速腔上设有与所述电气控制系统电连接的两级加速电路，所述两级加速电路为分段串接的升压电路，一级加速电压为DC 600-700V，二级加速电压为DC 31000-33000V；物料经所述径向、线性偏转磁场和分级负压发生器的共同作用，由所述分离孔进入所述两级加速腔，并在所述对撞孔实现对撞轰击。

3.根据权利要求2所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，所述纳米团簇粒径实时检测单元采用激光三角法检测激光光强度，从而间接测量纳米团簇的粒径，所述纳米团簇粒径实时检测单元包括半导体激光管、第一透镜组、第二透镜组、面阵CCD图像传感器、反射镜、粒径数据处理模块以及激光管控制电路，所述激光管控制电路分别与所述电气控制系统和半导体激光管电连接，所述粒径数据处理模块分别与所述面阵CCD图像传感器和所述电气控制系统连接；所述半导体激光管发射激光，依次经过所述第一透镜组、纳米团簇离子、第二透镜组、反射镜，至所述面阵CCD图像传感器，所述面阵CCD图像传感器生成的光强度信号经所述粒径数据处理模块进行数据处理后，实时传输纳米团簇的实时粒径信号至所述电气控制系统。

4.根据权利要求3所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，所述粒径数据处理模块包括粒径数据处理控制电路以及与所述粒径数据处理控制电路连接的模拟前端、噪声抑制单元、模数转换单元、数字滤波单元、自适应高阶统计量加权平均单元以及三阶相关峭度反卷积逆滤波器，所述光强度信号经模拟前端、噪声抑制、模数转换、数字滤波、自适应高阶统计量加权平均算法之后，对所述光强度信号的三阶相关峭度反卷积逆滤波器进行盲提取，从而输出纳米团簇的实时粒径信号。

5.根据权利要求4所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，所述电气控制系统包括系统控制板以及分别与所述系统控制板电连接的电机驱动电路、逻辑互锁与保护电路、温度传感器、压力传感器、流量传感器、超微晶粉传感器、位置传感器和人机接口单元；所述电机驱动电路与所述主轴电机连接，所述温度传感器、压力传感器、流量传感器、超微晶粉传感器以及位置传感器设在所述压力腔和两级加速腔内，所述人机接口单元经由MODBUS RTU协议与所述系统控制板通信。

6.根据权利要求5所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，还包括用于使所述压力腔保持恒温恒压条件的过程控制执行单元，所述过程控制执行单元包括布置在压力腔内，分别与所述电气控制系统电连接的温度调节系统以及压力调节系统，所述压力传感器和温度传感器实时监测并反馈压力和温度参数，至所述电气控制系统，所述电梯控制系统控制所述温度调节系统和压力调节系统及时调节腔内的温度和压力。

7.根据权利要求6所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，还包括系统保护单元，所述系统保护单元包括与所述离子束偏转电路和两级加速电路连接的过流过压保护电路、设置在压力腔上的温度保护装置和过压保护装置以及设置在所述第一透镜组和第二透镜组上的自清洁装置。

8.根据权利要求7所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，所述进料装置包括用于进料称重的进料称重单元、第一蜗杆输送装置以及进料执行器，所述进料称重单元和第一蜗杆输送装置分别与进料执行器连接，所述进料执行器与所述电气控制系统连接；

所述出料装置包括纳米材料收集器、用于出料称重的出料称重单元、第二蜗杆输送装置以及出料执行器，所述纳米材料收集器分别与所述两级加速腔和出料称重单元连接，所述出料称重单元和第二蜗杆输送装置分别与出料执行器连接，所述出料执行器与所述电气控制系统连接。

9.根据权利要求8所述的团簇离子束纳米加工设备，其特征在于，所述物料预处理单元包括设置在所述分级负压发生器上的高速合金刀具和设置在压力腔内的导流板，物料经所述导流板至所述高速合金刀具，被研磨成游离磨料。

10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的团簇离子束纳米加工设备的纳米加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对所述物料进行预处理，研磨成游离磨料；

步骤2：实时检测所述游离磨料粒径，当所述游离磨料达到亚微米级时，进行偏转、加速和对撞加工，分解成纳米团簇；

步骤3：实时检测所述纳米团簇粒径，满足设定条件时进行卸料。