電子束離子束系統(tǒng)的工作原理

電子束/離子束系統(tǒng)的工作原理一、 電子束工作原理利用聚集后能量密度較高（106~109（W/cm）2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在短時(shí)間內(nèi)（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡粵_擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部溶化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走。二、 電子束加工特點(diǎn)1） 由于電子束能夠極其微細(xì)地聚焦，甚至能聚焦到0.1Mm，所以加工面積可以很小，是一種精密微細(xì)的加工方法。2） 電子束能量密度很高，在極微小束斑上能達(dá)到106?109W/cm?，使照射部分的溫度超過材料的熔化和氣化溫度，去除材料主要靠瞬時(shí)蒸發(fā)，是一種非接觸式加工。）由于電子束的能量密度高，而且能量利用率可達(dá)90%以上，因而加工生產(chǎn)率很高。4） 可以通過磁場(chǎng)或電場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等進(jìn)行直接控制，所以整個(gè)加工過程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。5） 由于電子束加工在真空中進(jìn)行，因而污染少，加工表面不氧化，特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導(dǎo)體材料。6） 電子束加工需要一套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴，因而生產(chǎn)應(yīng)用有一定局限性。三、 電子束加工的應(yīng)用打孔：提高電子束能量密度，使材料熔化和汽化。焊接：使材料局部熔化就可以進(jìn)行電子束焊接。熱處理：電子束熱處理是把電子束作為熱源，并適當(dāng)控制電子束的功率密度，使金屬表面加熱而不熔化，達(dá)到熱處理的目的。.電子束刻蝕加工：利用較低能量密度的電子束轟擊高分子材料時(shí)產(chǎn)生化學(xué)變化的原理，即可進(jìn)行電子束光刻加工。.電子束表面改性：表面淬火、表面熔凝、表面合金化、表面熔覆和制造表面非晶態(tài)層。經(jīng)表面改性的表層一般具有較高的硬度、強(qiáng)度以及優(yōu)良的耐腐蝕和耐磨性能。四、 離子束加工原理：與電子束加工原理基本相同，但是也存在不同。比如：離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千倍乃至數(shù)萬倍，故在電場(chǎng)中加速較慢，但一旦加至較高速度，就比電子束具有更大的撞擊動(dòng)能。即：電子束加工是靠電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行加工的；離子束加工是靠電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)行加工的五、 離子束加工的分類離子束加工的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時(shí)所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。分以下四類：（1） 離子刻蝕：采用能量為0.1?5keV、直徑為十分之幾納米的的氬離子轟擊工件表面；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。（2） 離子濺射沉積：采用能量為0.1?5keV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。（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)10?20MPa）。（4） 離子注入：用5?500keV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)械物理性能六、 離子束加工特點(diǎn)1） 加工精度高，易精確控制：離子束可以通過離子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聚焦掃描，共聚焦光斑可達(dá)ipm以內(nèi)，因而可以精確控制尺寸范圍。離子束轟擊材料是逐層去除原子，所以離子刻蝕可以達(dá)到毫微米（0.001pm）級(jí)的加工精度。離子鍍膜可以控制在亞微米級(jí)精度，離子注入的深度和濃度也可極精確地控制。2） 污染少：離子束加工在高真空中進(jìn)行，污染少，特別適合于加工易氧化的金屬、合金及半導(dǎo)體材料。3） 加工應(yīng)力、變形極?。弘x子束加工是一種原子級(jí)或分子級(jí)的