电子束离子束

1、2021-11-121第九章、电子束和离子束加工第九章、电子束和离子束加工第一节、第一节、电子束加工电子束加工 一、 加工原理和特点1、原理： 在真空条件下，聚焦后能量密度极高的电子束，高速冲击工件表面的微小面积，其能量的大部分瞬间转变为热能，被冲击部分的材料温度迅速升高数千度，引起材料的局部熔化和气化。(加速电压为50V,几分之一微妙内速度可达1.6X105KM)2021-11-1242、加工特点、加工特点 1） 加工面积小：最小加工面积小：最小0.1m,是精密微细加工方法；是精密微细加工方法； 2）能量密度高，非机械力加工，可加工材料范围广；）能量密度高，非机械力加工，可加工材料范围广；可

2、加工脆性、韧性、导体、非导体、半导体；可加工脆性、韧性、导体、非导体、半导体； 3）生产率高，效率高（）生产率高，效率高（90%）；）； 4）加工过程自动化，控制磁场、电场、电子束强度、）加工过程自动化，控制磁场、电场、电子束强度、位置、聚焦；位置、聚焦； 5）真空状态加工，无污染，无氧化；）真空状态加工，无污染，无氧化； 6） 设备成本高。设备成本高。 - 工业应用工业应用 高速打孔、刻蚀、制版、焊接、热处理等。高速打孔、刻蚀、制版、焊接、热处理等。2021-11-125二、电子束加工设备二、电子束加工设备 电子枪 真空系统 控制系统和电源电子枪发射阴极用钨或袒制成，加热状态下发射大量电子。

3、三、电子束加工的应用三、电子束加工的应用1、打孔l 最小直径0.001mml 孔径0.5-0.9mm，最大深度超过10 mml 厚度0.3mm，直径0.1mm孔，孔径公差9ul 高速打孔：厚度0.1mm，直径0.2mm孔，3000个/秒l 异形孔加工l 在人造革、塑料上打孔（同时打200个）加工玻璃、陶瓷、宝石等（预热）加工玻璃、陶瓷、宝石等（预热）加工形孔、形面加工形孔、形面加工弯孔、曲孔、斜孔、切割、开槽加工弯孔、曲孔、斜孔、切割、开槽2）焊接）焊接焊缝深而窄，热影响区小，焊缝物理性能好焊缝深而窄，热影响区小，焊缝物理性能好在真空中进行，化学成分纯净，强度高在真空中进行，化学成分纯净，强度

4、高适于碳钢、合金钢、不锈钢、高熔点金属、异种材料等适于碳钢、合金钢、不锈钢、高熔点金属、异种材料等精加工后进行焊接精加工后进行焊接3）热处理l 加热速度、冷却速度高，获得超细晶粒组织，硬度高加热速度、冷却速度高，获得超细晶粒组织，硬度高l 电热转换效率高电热转换效率高90%（与激光相比（与激光相比7-10%）l 真空中，防止材料氧化真空中，防止材料氧化l 添加金属，金属表面形成很薄新的合金层。添加金属，金属表面形成很薄新的合金层。4）电子束曝光）电子束曝光利用低功率密度的电子束照射称为电致抗蚀剂的高分利用低功率密度的电子束照射称为电致抗蚀剂的高分子材料，由入射电子与高分子材料相碰撞，使分子链子

5、材料，由入射电子与高分子材料相碰撞，使分子链被切断或重新聚合而引起分子量的变化，也称为电子被切断或重新聚合而引起分子量的变化，也称为电子束光刻。束光刻。2021-11-1211第二节、离子束加工第二节、离子束加工一、一、离子束加工的基本原理和特点离子束加工的基本原理和特点1、基本原理 在真空条件下，加速聚焦后能量密度极高的离子束，以较高速度冲击工件表面，依靠微观的机械撞击能量，对零件进行加工，加工精度可达纳米。离子束加工示意图离子束加工示意图a离子刻蚀离子刻蚀：离子斜射到工件：离子斜射到工件 表面时，将表面原子撞击出来表面时，将表面原子撞击出来b溅射沉积（溅射沉积（c离子镀）：离子镀）：工件放

6、在靶材附件，靶材原子工件放在靶材附件，靶材原子会溅射到工件表面，而被溅射会溅射到工件表面，而被溅射吸附，工件表面镀上一层靶材吸附，工件表面镀上一层靶材原子薄膜。原子薄膜。d离子注入：离子注入：离子能量足够大离子能量足够大并垂直工件表面撞击时，离子并垂直工件表面撞击时，离子就钻进工件表面。就钻进工件表面。2021-11-12132、加工特点、加工特点加工面积小：离子刻蚀能够达到纳米级加工精度；加工面积小：离子刻蚀能够达到纳米级加工精度； 非机械力加工，可加工材料范围广；非机械力加工，可加工材料范围广； 生产率高；生产率高； 加工过程自动化；加工过程自动化； 真空状态加工，无污染，无氧化；真空状态

7、加工，无污染，无氧化； 设备成本高。设备成本高。- 工业应用工业应用 离子刻蚀（离子铣削）；离子刻蚀（离子铣削）； 离子镀膜；离子镀膜； 离子注入。离子注入。2021-11-1214二、离子束加工设备二、离子束加工设备 离子源 真空系统 控制系统和电源将待电离气体注入电离将待电离气体注入电离室，使气态原子与电子室，使气态原子与电子发生碰撞而被电离，从发生碰撞而被电离，从而得到等离子体。而得到等离子体。2021-11-1215三、三、离子束加工的离子束加工的应用应用1、离子刻蚀、离子刻蚀离子刻蚀通过用能量为通过用能量为0.5-5KeV的离子轰击的离子轰击工件，将工件材工件，将工件材料原子从工件表

8、料原子从工件表面去除的工艺过面去除的工艺过程。程。2021-11-12162、离子镀膜加工（包括溅射镀膜和离子镀）、离子镀膜加工（包括溅射镀膜和离子镀）离子溅射沉积镀膜例：高速钢刀具例：高速钢刀具上镀氮化钛硬质上镀氮化钛硬质膜。膜。齿轮齿面镀二硫齿轮齿面镀二硫化钼润滑膜，厚化钼润滑膜，厚度度0.2u, F=0.04制造薄壁零件：制造薄壁零件：10元素，壁厚仅元素，壁厚仅为为63.5um。（1）溅射镀膜）溅射镀膜（2）离子镀）离子镀不仅接受靶材溅来的原子，还受离子的轰击。不仅接受靶材溅来的原子，还受离子的轰击。例：高速钢刀具上镀氮化钛、碳化钛等硬质材料，寿例：高速钢刀具上镀氮化钛、碳化钛等硬质材

9、料，寿命提高命提高1-2倍。倍。可以得到钨、钼、钽、铌、铍及氧化铝耐热膜。可以得到钨、钼、钽、铌、铍及氧化铝耐热膜。TiN, TaN, TaC VN等膜具有黄金相似的色彩。等膜具有黄金相似的色彩。3、离子注入加工、离子注入加工在几十至几百千伏的电压下，在几十至几百千伏的电压下，把所需元素的离子注入工件表把所需元素的离子注入工件表面。注入量可精确控制。面。注入量可精确控制。例：例：P N节节改善金属材料耐磨性改善金属材料耐磨性提高金属材料硬度提高金属材料硬度提高材料耐腐蚀性提高材料耐腐蚀性提高疲劳强度提高疲劳强度改善金属材料润滑性能改善金属材料润滑性能2021-11-1219- 与电子束加工的异同处相同处：与电子束加工的异同处相同处：加工原理、加工条件类似