電子束和離子束加工課件

1、7.1電子束加工電子束加工（electron beam machining，EBM）是在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后能量密度為106109w/cm2的極細(xì)束流高速?zèng)_擊到工件表面上極小的部位，并在幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發(fā)，來(lái)去除材料。 1-發(fā)射陰極 2-控制柵極 3-加速陽(yáng)極 4-聚焦系統(tǒng) 5-電子束斑點(diǎn) 6-工件 7-工作臺(tái)第1頁(yè)，共19頁(yè)。7.1.1電子束加工的原理及特點(diǎn) 1）高功率密度 屬非接觸式加工，工件不受機(jī)械力作用，很少產(chǎn)生宏觀應(yīng)力變形，同時(shí)也不存在工具損耗問(wèn)題。2）電子束強(qiáng)度、位置、

2、聚焦可精確控制，電子束通過(guò)磁場(chǎng)和電場(chǎng)可在工件上以任何速度行進(jìn)，便于自動(dòng)化控制。3）環(huán)境污染少 適合加工純度要求很高的半導(dǎo)體材料及易氧化的金屬材料。第2頁(yè)，共19頁(yè)。7.1.3.電子束加工的應(yīng)用 1）電子束打孔 不銹鋼、耐熱鋼、寶石、陶瓷、玻璃等各種材料上的小孔、深孔。最小加工直徑可達(dá)0.003mm，最大深徑比可達(dá)10。像機(jī)翼吸附屏的孔、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)套上的冷卻孔，此類孔數(shù)量巨大（高達(dá)數(shù)百萬(wàn)），且孔徑微小，密度連續(xù)分布而孔徑也有變化，非常適合電子束打孔，塑料和人造革上打許多微孔，令其象真皮一樣具有透氣性。一些合成纖維為增加透氣性和彈性，其噴絲頭型孔往往制成異形孔截面，可利用脈沖電子束對(duì)圖形掃描制出。

3、還可憑借偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化使電子束在工件內(nèi)偏轉(zhuǎn)方向加工出彎曲的孔，第3頁(yè)，共19頁(yè)。利用電子束的可控偏轉(zhuǎn)特性加工曲面和斜孔電子束加工曲面、彎孔第4頁(yè)，共19頁(yè)。2）電子束切割 可對(duì)各種材料進(jìn)行切割，切口寬度僅有36m。利用電子束再配合工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可加工所需要的曲面 第5頁(yè)，共19頁(yè)。3）光刻 當(dāng)使用低能量密度的電子束照射高分子材料時(shí)，將使材料分子鏈被切斷或重新組合，引起分子量的變化即產(chǎn)生潛象，再將其浸入溶劑中將潛象顯影出來(lái)。把這種方法與其它處理工藝結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)在金屬掩膜或材料表面上刻槽。電子束光刻系統(tǒng)電子束制版機(jī)電子束曝光系統(tǒng)第6頁(yè)，共19頁(yè)。4）其它應(yīng)用 用計(jì)算機(jī)控制，對(duì)陶瓷、半導(dǎo)體或金

4、屬材料進(jìn)行電子刻蝕加工；異種金屬焊接；電子束熱處理等。第7頁(yè)，共19頁(yè)。7.2離子束加工離子束加工的原理和電子束加工的原理類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的 離子束經(jīng)過(guò)加速聚焦，使之打到工件表面。不同的是離子束帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千倍、數(shù)萬(wàn)倍。第8頁(yè)，共19頁(yè)。7.2.1.離子束加工原理及特點(diǎn)離子束加工（ion beam machining，IBM）是在真空條件下利用離子源（離子槍）產(chǎn)生的離子經(jīng)加速聚焦形成高能的離子束流投射到工件表面，使材料變形、破壞、分離以達(dá)到加工目的。因?yàn)殡x子帶正電荷且質(zhì)量是電子的千萬(wàn)倍，且加速到較高速度時(shí)，具有比電子束大得多的撞擊動(dòng)能，因此，離子束撞擊工件將引

5、起變形、分離、破壞等機(jī)械作用，而不像電子束是通過(guò)熱效應(yīng)進(jìn)行加工。 第9頁(yè)，共19頁(yè)。2.離子束加工特點(diǎn)1）加工精度高。因離子束流密度和能量可得到精確控制。2）在較高真空度下進(jìn)行加工，環(huán)境污染少。特別適合加工高純度的半導(dǎo)體材料及易氧化的金屬材料。3）加工應(yīng)力小，變形極微小，加工表面質(zhì)量高，適合于各種材料和低剛度零件的加工。第10頁(yè)，共19頁(yè)。3.離子束加工的應(yīng)用范圍離子束加工方式包括離子蝕刻、離子鍍膜及離子濺射沉積和離子注入等。第11頁(yè)，共19頁(yè)。1）離子刻蝕當(dāng)所帶能量為0.15keV、直徑為十分之幾納米的的氬離子轟擊工件表面時(shí)，此高能離子所傳遞的能量超過(guò)工件表面原子（或分子）間鍵合力時(shí)，材料表

6、面的原子（或分子）被逐個(gè)濺射出來(lái)，以達(dá)到加工目的這種加工本質(zhì)上屬于一種原子尺度的切削加工，通常又稱為離子銑削。離子束刻蝕可用于加工空氣軸承的溝槽、打孔、加工極薄材料及超高精度非球面透鏡，還可用于刻蝕集成電路等的高精度圖形。第12頁(yè)，共19頁(yè)。2）離子濺射沉積采用能量為0.15keV的氬離子轟擊某種材料制成的靶材，將靶材原子擊出并令其沉積到工件表面上并形成一層薄膜。實(shí)際上此法為一種鍍膜工藝。第13頁(yè)，共19頁(yè)。第14頁(yè)，共19頁(yè)。3）離子鍍膜離子鍍膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉積，另一方面還有高速中性粒子打擊工件表面以增強(qiáng)鍍層與基材之間的結(jié)合力（可達(dá)1020MPa），此法適應(yīng)性強(qiáng)、膜層均勻致密、韌性好、沉積速度快，目前已獲得廣泛應(yīng)用。第15頁(yè)，共19頁(yè)。第16頁(yè)，共19頁(yè)。4）離子注入用5500keV能量的離子束，直接轟擊工件表面，由于離子能量相當(dāng)大，可使離子鉆進(jìn)被加工工件材料表面層，改變其表面層的化學(xué)成分，從而改變工件表面層的機(jī)械物理性能。此法不受溫度及注入何種元素及粒量