电子束和离子束加工.ppt

主要内容1、概述
电子束加工（ElectronBeamMachining简称EBM）起源于德国。1948年德国科学家斯特格瓦发明了第一台电子束加工设备。
利用高能量密度的电子束对材料进行工艺处理的一切方法统称为电子束加工。电子束加工应用于：电子束焊接、打孔、表面处理、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻、铣切、切割以及电子束曝光等。
世界上电子束加工技术较先进的国家：德国、日本、美国、俄罗斯以及法国等。在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106～109w/cm2的极细束流高速冲击到工件表面上极小的部位，并在几分之一微秒时间内，其能量大部分转换为热能，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，来去除材料。（1）只使材料局部加热就可进行电子束热处理；
（2）使材料局部熔化就可以进行电子束焊接；
（3）提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可进行打孔、切割等加工；
（4）利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。电子束加工装置主要由以下几部分组成。
（1）电子枪。获得电子束的装置。它包括：
电子发射阴极—用钨或钽制成，在加热状态下发射电子。
控制栅极—既控制电子束的强弱，又有初步的聚焦作用。
加速阳极—通常接地，由于阴极为很高的负压，所以能驱使电子加速。保证电子加工时所需要的真空度。一般电子束加工的的真空度维持在1.33×10-2~1.33×10-4Pa。
（3）控制系统和电源。
控制系统包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制。束流聚焦控制：提高电子束的能量密度，它决定加工点的孔径或缝宽。电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1μm)，故可进行微细加工。
加工材料的范围广。能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体材料。
加工效率很高。
加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。
电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵，故在生产中受到一定程度的限制。1-淬火硬化；
2-熔炼；
3-焊接；
4-打孔；
5-钻、切削；
6-刻蚀；
7-升华；
8-塑料聚合；
9-电子抗蚀剂；
10-塑料打孔（1）电子束打孔电子束加工的异形孔电子束加工弯曲的孔（2）电子束切割（3）电子束焊接（4）电子束光刻图电子束曝光加工过程
A-电子束曝光；B-显影；C-蒸镀；D—离子刻蚀；E、F-去掉抗蚀剂，留下图形
1-电子束；2-电致抗蚀剂；3-基板；4-金属蒸汽；5-离子束；6-金属电子束刻蚀（5）电子束表面改性电子束表面改性技术分类1、加工原理
在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面。由于离子带正电荷，其质量数比电子大数千倍甚至上万倍，它撞击工件时具有很大撞击动能，通过微观的机械撞击作用从而实现对工件的加工。相同点：加工原理基本相同。
不同点：离子带正电荷，其质量比电子大数千倍乃至数万倍，故在电场中加速较慢，但一旦加至较高速度，就比电子束具有更大的撞击动能。
电子束加工是靠电能转化为热能进行加工的。
离子束加工是靠电能转化为动能进行加工的。
2、离子束加工的分类
离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。分以下四类：可用于加工空气轴承的沟槽、打孔、加工极薄材料及超高精度非球面透镜，还可用于刻蚀集成电路等的高精度图形。（2）离子溅射沉积（3）离子镀膜（4）离子注入3、特点4、应用图离子束刻蚀机离子注入加工是将所要注入的元素进行电离，并将正离子分离和加速，形成具有数十万电子伏特的高能离子流，轰击工件表面，离子因动能很大，被打入表层内，其电荷被中和，成为置换原子或晶格间的填隙原子，被留于表层中，使材料的化学成分、结构、性能产生变化。
离子注入可提高材料的耐腐蚀性能，改善金属材料的耐磨性能，提高金属材料的硬度，改善金属材料的润滑性能等。图多功能离子束增强沉积设备离子镀和离子溅射镀膜 离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子镀膜附着力强、膜层不易脱落。这首先是由于镀膜前离子以足够高的动能冲击基体表面，清洗掉表面的占污和氧化物，从而提高了工件表面的附着力。其次是镀膜刚开始时，由工件表面溅射出来的基材原子，有一部分会与工件周围气氛中的原子和离子发生碰撞而返回工件。这些返回工件的原子与镀膜的膜材原子同时到达工件表面，形成了膜材原子和基材原子的共混膜层。而后，随膜层的增厚，逐渐过渡到单纯由膜材原子构成的膜层。混合过渡层的存在，可以减少由于膜材与基材两者膨胀系数不同而产生的热应力，增强了两者的结合力，是膜层不易脱落，镀层组织致密，针孔气泡少。离子镀的可镀材料广泛，可在金属或非金属表面上镀制金属或非金属材料，各种合金、化合物、某些合成材料、半导体材料、高熔点材料等。
离子镀已用于镀制润滑膜、