第六章電子束與離子束加工

第六章電子束與離子束加工第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)電子束加工一、電子束加工原理和特點(diǎn)1、原理經(jīng)電磁透鏡聚焦的高能電子束流在真空條件下直接轟擊工件表面，使加工區(qū)域材料熔化和氣化從而實(shí)現(xiàn)加工第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2、特點(diǎn)1）電子束加工屬于精細(xì)加工；2）加工范圍廣，加工質(zhì)量好；3）生產(chǎn)率高；4）加工過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；5）適合加工易氧化金屬和合金材料及純度要求高的材料；6）需專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格昂貴。第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五二、電子束加工裝置組成：電子槍陰極、控制柵極、加速陽極、光柵、電源真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)電磁透鏡、偏轉(zhuǎn)線圈、工作臺(tái)控制電源第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五電子束運(yùn)動(dòng)軌跡第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五電子束在電磁透鏡中受力第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、電子束加工應(yīng)用第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、電子束加工應(yīng)用1、窄縫加工第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、電子束加工應(yīng)用2、曲面加工第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、電子束加工應(yīng)用3、刻蝕第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、電子束加工應(yīng)用4、焊接第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、電子束加工應(yīng)用5、電子束熔煉

電子束熔煉法發(fā)明于1907年﹐但直到50年代才用于熔煉難熔金屬﹐后來又用于熔煉活潑金屬(如Ti錠)和高級(jí)合金鋼電子束加熱可使材料在真空中維持熔化狀態(tài)并保持很長(zhǎng)時(shí)間﹐實(shí)現(xiàn)材料的去氣和雜質(zhì)的選擇性蒸發(fā)﹐可用來制備高純材料。電子束加熱是電能轉(zhuǎn)為熱能的有效方式之一﹐大約有50％功率用于熔化和維持液化。80年代已生產(chǎn)出600千瓦級(jí)的電子槍。如需更大功率﹐可用幾支電子槍同時(shí)工作。利用電子束加熱可鑄造100噸的坯料第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、電子束加工應(yīng)用7、電子束曝光是一種利用電子束輻射效應(yīng)的加工方法電子束光刻應(yīng)用主要包括四個(gè)方面:電子束掃描曝光；電子束直寫；電子束圖形發(fā)生器制作中間掩模版；電子束縮小投影曝光電子束光刻技術(shù)的發(fā)展歷程如下:1968年，日本電子公司研制成功第一臺(tái)掃描電子束光刻機(jī)；1975年，美國(guó)貝爾公司開發(fā)出光柵掃描式電子光刻機(jī)；1978年日本電子公司研制出可變矩形束電子束光刻機(jī)；1979年，美國(guó)IBM公司首次進(jìn)行了電子束縮小投影曝光實(shí)驗(yàn)；1995年，日本NTT公司采用電子束曝光技術(shù)首先研制出1GDRAM第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)離子束加工一、離子束加工原理、分類及特點(diǎn)（一）、原理在真空下，離子源產(chǎn)生的粒子束經(jīng)過加速聚焦，使之打到工件表面離子：帶正電荷、質(zhì)量大機(jī)械撞擊能第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（二）、離子束加工分類按利用的物理效能和達(dá)到的目的分：離子刻蝕離子濺射沉積離子鍍離子注入第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五1、離子刻蝕用氬離子加速轟擊攻堅(jiān)，將工件原子逐個(gè)剝離，實(shí)現(xiàn)加工第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2、離子濺射沉積用離子轟擊靶材，是靶材原子被擊出，沉積并鍍覆在工件表面上第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五3、離子鍍離子在轟擊靶材的同時(shí)還轟擊攻堅(jiān)，是鍍膜更加牢固第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五4、離子注入用高能量粒子直接擊入工件表面，令工件表面改性第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（三）、離子束加工特點(diǎn)1、最精密、最細(xì)微的加工方法-納米級(jí)0.001m；2、適合加工易氧化金屬和合金材料及純度要求高的材料；3、加工應(yīng)力、熱變形小，加工質(zhì)量高，適合加工各種材料和低剛度零件加工；4、加工設(shè)備貴，成本高，加工效率低。第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五二、離子束加工裝置與離子束加工裝置類似：離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源不同：離子源系統(tǒng)第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五考夫曼型離子源第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五雙等離子體型離子源第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、離子束加工的應(yīng)用1.蝕刻加工2.離子束鍍膜加工第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五1.蝕刻加工加工陀螺儀空氣軸承和動(dòng)壓馬達(dá)上的溝槽，分辨率高，精度、重復(fù)一致性好；蝕刻高精度圖形，如集成電路、光電器件和光集成器件等征電子學(xué)構(gòu)件；太陽能電池表面具有非反射紋理表面；應(yīng)用于減薄材料，制作穿透式電子顯微鏡試片。第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2.離子束鍍膜加工分濺射沉積和離子鍍兩種形式?？慑儾牧戏秶鷱V泛，不論金屬、非金屬表面上均可鍍制金屬或非金屬薄膜，各種合金、化合物、或某些合成材料、半導(dǎo)體材料、高熔點(diǎn)材料亦均可鍍覆；用于鍍制潤(rùn)滑膜、耐熱膜、耐磨膜、裝飾膜和電氣膜等。離子束裝飾膜。離子束鍍膜代替鍍鉻硬膜，可減少鍍鉻公害。提高刀具的壽命。

第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五3.離子注入向工件表面注入任何離子硼、磷注入半導(dǎo)體，改變導(dǎo)電形式離子注入金屬表面改善性能：提高抗蝕、抗疲勞、潤(rùn)滑、耐磨性能新合金，如W-Cu耐磨性：N、B、Mo注入低碳鋼制造光波導(dǎo)：石英玻璃中注入離子第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五3.離子注入改善磁泡材料性能、制造超導(dǎo)