第六章电子束与离子束加工

第六章电子束与离子束加工第六章电子束与离子束加工第六章电子束与离子束加工第一节电子束加工一、电子束加工原理和特点1、原理经电磁透镜聚焦的高能电子束流在真空条件下直接轰击工件表面，使加工区域材料熔化和气化从而实现加工第六章电子束与离子束加工2、特点1）电子束加工属于精细加工；2）加工范围广，加工质量好；3）生产率高；4）加工过程易于实现自动化；5）适合加工易氧化金属和合金材料及纯度要求高的材料；6）需专用设备和真空系统，价格昂贵。第六章电子束与离子束加工二、电子束加工装置组成：•电子枪–阴极、控制栅极、加速阳极、光栅、电源•真空系统•控制系统–电磁透镜、偏转线圈、工作台控制•电源第六章电子束与离子束加工电子束运动轨迹第六章电子束与离子束加工电子束在电磁透镜中受力第六章电子束与离子束加工三、电子束加工应用第六章电子束与离子束加工三、电子束加工应用•1、窄缝加工第六章电子束与离子束加工三、电子束加工应用•2、曲面加工第六章电子束与离子束加工三、电子束加工应用•3、刻蚀第六章电子束与离子束加工三、电子束加工应用•4、焊接第六章电子束与离子束加工三、电子束加工应用•5、电子束熔炼•电子束熔炼法发明于1907年﹐但直到50年代才用于熔炼难熔金属﹐后来又用于熔炼活泼金属(如Ti锭)和高级合金钢•电子束加热可使材料在真空中维持熔化状态并保持很长时间﹐实现材料的去气和杂质的选择性蒸发﹐可用来制备高纯材料。•电子束加热是电能转为热能的有效方式之一﹐大约有50％功率用于熔化和维持液化。•80年代已生产出600千瓦级的电子枪。如需更大功率﹐可用几支电子枪同时工作。利用电子束加热可铸造100吨的坯料第六章电子束与离子束加工三、电子束加工应用7、电子束曝光•是一种利用电子束辐射效应的加工方法•电子束光刻应用主要包括四个方面:–电子束扫描曝光；电子束直写；电子束图形发生器制作中间掩模版；电子束缩小投影曝光•电子束光刻技术的发展历程如下:1968年，日本电子公司研制成功第一台扫描电子束光刻机；1975年，美国贝尔公司开发出光栅扫描式电子光刻机；1978年日本电子公司研制出可变矩形束电子束光刻机；1979年，美国IBM公司首次进行了电子束缩小投影曝光实验；1995年，日本NTT公司采用电子束曝光技术首先研制出1GDRAM第六章电子束与离子束加工第二节离子束加工•一、离子束加工原理、分类及特点•（一）、原理•在真空下，离子源产生的粒子束经过加速聚焦，使之打到工件表面•离子：带正电荷、质量大•机械撞击能第六章电子束与离子束加工（二）、离子束加工分类•按利用的物理效能和达到的目的分：–离子刻蚀–离子溅射沉积–离子镀–离子注入第六章电子束与离子束加工1、离子刻蚀•用氩离子加速轰击攻坚，将工件原子逐个剥离，实现加工第六章电子束与离子束加工2、离子溅射沉积•用离子轰击靶材，是靶材原子被击出，沉积并镀覆在工件表面上第六章电子束与离子束加工3、离子镀•离子在轰击靶材的同时还轰击攻坚，是镀膜更加牢固第六章电子束与离子束加工4、离子注入•用高能量粒子直接击入工件表面，令工件表面改性第六章电子束与离子束加工（三）、离子束加工特点•1、最精密、最细微的加工方法-纳米级0.001m；•2、适合加工易氧化金属和合金材料及纯度要求高的材料；•3、加工应力、热变形小，加工质量高，适合加工各种材料和低刚度零件加工；•4、加工设备贵，成本高，加工效率低。第六章电子束与离子束加工二、离子束加工装置•与离子束加工装置类似：离子源、真空系统、控制系统和电源•不同：离子源系统第六章电子束与离子束加工考夫曼型离子源第六章电子束与离子束加工双等离子体型离子源第六章电子束与离子束加工三、离子束加工的应用•1.蚀刻加工•2.离子束镀膜加工第六章电子束与离子束加工1.蚀刻加工•加工陀螺仪空气轴承和动压马达上的沟槽，分辨率高，精度、重复一致性好；•蚀刻高精度图形，如集成电路、光电器件和光集成器件等征电子学构件；•太阳能电池表面具有非反射纹理表面；•应用于减薄材料，制作穿透式电子显微镜试片。第六章电子束与离子束加工2.离子束镀膜加工•分溅射沉积和离子镀两种形式。•可镀材料范围广泛，不论金属、非金属表面上均可镀制金属或非金属薄膜，各种合金、化合物、或某些合成材料、半导体材料、高熔点材料亦均可镀覆；•用于镀制润滑膜、耐热膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。•离子束装饰膜。•离子束镀膜代替镀铬硬膜，可减少镀铬公害。•提高刀具的寿命。第六章电子束与离子束加工3.离子注入•向工件表面注入任何离子•硼、磷注入半导体，改变导电形式•离子注入金属表面改善性能：提高抗蚀、抗疲劳、润滑、耐磨性能–新合金，如W-Cu–耐磨性：N、B、Mo注入低碳钢•制造光波导：石英玻璃中注入离子第六章电子束与离子束加工3.离子注入•改善磁泡材料性能、制造超导材料–铌线表面注入锡形成表面具有超导的Nb3Sn的导线第六章电子束与离子束加工双离子束溅射沉积系统第六章电子束与离子束加工LKJ系列离子束刻蚀系统