[发明专利]借助于电子改变三维成型件的特性的装置和方法以及所述方法的应用

说明书

技术领域

本发明涉及用于借助于电子的能量改变在三维成型件的表面上及边缘区域中的材料特性的一种装置和一种方法。此外说明了所述方法的应用。 

背景技术

借助于电子可以在空间及时间上确定地将能量输入到材料中，用于改变材料在表面上、在边缘层中或者在内部(Volumen)的材料特性。为此所需要的电子在其在处理室中通过多数平坦的电子逸出窗从高真空转变到较高的压力水平上之前在电子加速器中产生、成形和加速。在此，通常期望在所述电子逸出窗的整个伸展范围内获得恒定的电子密度。在以所述电子逸出窗和产品之间的间距穿过气体层(比如空气)之后，所述电子到达有待处理的产品表面。 

作为电子加速器使用表面辐射发生器(也称为带状辐射器(Bandstrahler))或者轴向辐射发生器。按现有技术的构造为轴向辐射发生器的电子加速器额外地包括具有射束偏转系统的电子束偏转室，借助于该电子束偏转室使产生的电子束周期性地在整个电子逸出窗上并且在时间上平均地在该电子逸出窗的所有局部区域中以近似相同的停留时间偏转。 

三维的成型件，比如包装、医学植入物、手术器械、由不同材料制成的假体(比如塑料、纸、金属、陶瓷)在不同的领域(比如包装业、制药业、医疗技术、塑料工业)中得到使用。对于特定的应用来说，需要使所述成型件的整个表面及边缘层发生特性变化(比如消毒、表面功能化、交联、硬化)。 

已知通过使成型件在多次通过过程()中(DE 199 42 142A1)并且在变化的位置中在电子逸出窗旁边经过来借助于电子能量影响三维的成型件的整个表面的特性。如此设计已知的用于产生用于改变成型件特性的电子的装置，从而在整个电子逸出窗上产生和发出近似相同的电子能量密度。

通过成型件的位置的改变来保证向整个成型件表面加载电子能量。这种装置的缺点在于，多次连续通过花费较多时间。也不能无选择地在各个通过过程之间改变成型件的位置，而是必须使其协调，从而在总体上不是向各个表面区域加载不同的电子能量密度，这会导致不同的特性。 

根据现有技术，仅仅在一次通过过程中借助于电子能量来改动三维的成型件的整个表面，方法是如此布置多个(至少两个或三个)电子逸出窗，使得这些电子逸出窗将成型件的横截面包围，其中该成型件在这些电子逸出窗之间穿过并且由此向整个三维表面加载电子。 

由公司LINAC Technologies(技术说明书“ELECTRON BEAMSURFACE STERILISATION SYSTEM 200 KeV-The Ke VAC S”)公开了一种用于借助于电子能量对成型件的表面进行消毒的装置，在该装置中布置了三个电子加速器，使得其所属的电子逸出窗将具有等边三角形的横截面的空间包围，有待消毒的成型件在一次通过过程中穿过该空间。利用这种装置虽然相对于已知的在多次通过过程中向成型件加载电子的解决方案减少了时间消耗，但是技术上的开销却因使用三个电子加速器而十分巨大。 

已经公开了类似的由三个电子逸出窗构成的装置，但是在所述装置中电子仅仅借助于一个电子加速器来产生并且借助于一个偏转系统分配到三个电子逸出窗上。 

所有已知的具有三个电子逸出窗的解决方案都利用了这样的优点，即所述电子加速器因其三角形布置方式而没有相互影响或者以能够忽略的程度相互影响，也就是说，一个电子加速器的加速的电子没有向相应其它的电子加速器发出显著的能量份额。这是必要的，用于将在电子逸出窗中吸收的能量份额以及由此将电子逸出窗的工作温度限制在亚临界的尺度上。否则在超过材料使用温度时，窗盖的敏感的材料会相对于在辐射发生器内部的高真空因从外面加载的大气压的机械负荷遭到损坏。对于在电子逸出窗中使用的普通的钛膜来说，无论如何不得超过大约400℃的最高温度。对于连续运行来说则基于最大200-250℃的温度。 

由仅仅两个对置的电子逸出窗构成的装置同样是已知的。在此在工艺上要求在所述电子逸出窗之间的间距较小时，将巨大的能量份额 加入到对置的电子逸出窗中，这按结构导致温度升高系数2到5。所必需的最高温度限制只能通过射束流的适当的限制来实现。但是这限制了整个系统的功率能力。 

一种另外的用于限制两个对置的电子逸出窗的温度的方案是在所述电子逸出窗之间布置额外的吸收器，比如(至少部分透明的)输送带(US2,741,704)。然后，巨大的能量份额就落到该吸收器上，这就限制了额外的能量入射到对置的电子逸出窗上。