電子束和離子束加工課件

第九章電子束和離子束加工《精密與特種加工》Precisionandnon-traditionalmachining1第九章電子束和離子束加工《精密與特種加工》Precisi主要內(nèi)容9.1電子束加工9.2離子束加工第九章電子束和離子束加工2主要內(nèi)容9.1電子束加工第九章電子束和離子束加工2第九章電子束和離子束加工1、概述

電子束加工（ElectronBeamMachining簡(jiǎn)稱(chēng)EBM）起源于德國(guó)。1948年德國(guó)科學(xué)家斯特格瓦發(fā)明了第一臺(tái)電子束加工設(shè)備。利用高能量密度的電子束對(duì)材料進(jìn)行工藝處理的一切方法統(tǒng)稱(chēng)為電子束加工。9.1電子束加工3第九章電子束和離子束加工1、概述9.1電子束加工3第九章電子束和離子束加工電子束加工應(yīng)用于：電子束焊接、打孔、表面處理、熔煉、鍍膜、物理氣相沉積、雕刻、銑切、切割以及電子束曝光等。世界上電子束加工技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家：德國(guó)、日本、美國(guó)、俄羅斯以及法國(guó)等。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前電子束加工技術(shù)已在核工業(yè)、航空宇航、精密制造等工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用。4第九章電子束和離子束加工電子束加工應(yīng)用于：電子束焊接、打第九章電子束和離子束加工

在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后能量密度為106～109w/cm2的極細(xì)束流高速?zèng)_擊到工件表面上極小的部位，并在幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發(fā)，來(lái)去除材料。

電子束加工原理2、加工原理5第九章電子束和離子束加工（1）只使材料局部加熱就可進(jìn)行電子束熱處理；（2）使材料局部熔化就可以進(jìn)行電子束焊接；（3）提高電子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可進(jìn)行打孔、切割等加工；（4）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。第九章電子束和離子束加工 控制電子束能量密度的大小和能量注入時(shí)間，就可以達(dá)到不同的加工目的。6（1）只使材料局部加熱就可進(jìn)行電子束電子束加工裝置主要由以下幾部分組成。（1）電子槍。獲得電子束的裝置。它包括：電子發(fā)射陰極—用鎢或鉭制成，在加熱狀態(tài)下發(fā)射電子?？刂茤艠O—既控制電子束的強(qiáng)弱，又有初步的聚焦作用。加速陽(yáng)極—通常接地，由于陰極為很高的負(fù)壓，所以能驅(qū)使電子加速。第九章電子束和離子束加工3、加工裝置7電子束加工裝置主要由以下幾部分組成。第九章電子束和離子束加工

保證電子加工時(shí)所需要的真空度。一般電子束加工的的真空度維持在1.33×10-2~1.33×10-4Pa。由機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵和真空泵兩級(jí)組成。

（3）控制系統(tǒng)和電源。

控制系統(tǒng)包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強(qiáng)度控制以及工作臺(tái)位移控制。（2）真空系統(tǒng)8第九章電子束和離子束加工保證電子束流聚焦控制：提高電子束的能量密度，它決定加工點(diǎn)的孔徑或縫寬。第九章電子束和離子束加工聚焦方法：一是利用高壓靜電場(chǎng)使電子流聚焦成細(xì)束；另一種方法是利用“電磁透鏡”靠磁場(chǎng)聚焦。束流位置控制：改變電子的方向。工作臺(tái)位移控制：加工時(shí)控制工作臺(tái)的位置。電源：對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求較高，常用穩(wěn)壓電源。9束流聚焦控制：提高電子束的能量密度，它決定加工點(diǎn)的孔徑或縫寬電子束能夠極其微細(xì)地聚焦(可達(dá)l～0.1μm)，故可進(jìn)行微細(xì)加工。是非接觸式加工，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形，加工材料的范圍廣。能加工各種力學(xué)性能的導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。能量密度高，能量利用率高，加工效率很高。加工在真空中進(jìn)行，污染少，加工表面不易被氧化。可以通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等直接進(jìn)行控制，整個(gè)加工系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。電子束加工需要整套的專(zhuān)用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴，故在生產(chǎn)中受到一定程度的限制。第九章電子束和離子束加工4、電子束加工的特點(diǎn)10電子束能夠極其微細(xì)地聚焦(可達(dá)l～0.1μm)，故可進(jìn)行微1-淬火硬化；2-熔煉；3-焊接；4-打孔；5-鉆、切削；6-刻蝕；7-升華；8-塑料聚合；9-電子抗蝕劑；10-塑料打孔第九章電子束和離子束加工

5、電子束加工的應(yīng)用111-淬火硬化；2-熔煉；第九章電子束和離子束（1）電子束打孔

第九章電子束和離子束加工能加工各種孔，包括異形孔、斜孔、錐孔和彎孔。生產(chǎn)效率高。機(jī)翼吸附屏的孔、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)套上的冷卻孔，此類(lèi)孔數(shù)量巨大（高達(dá)數(shù)百萬(wàn)），且孔徑微小，密度連續(xù)分布而孔徑也有變化，非常適合電子束打孔。加工材料范圍廣。可加工不銹鋼、耐熱鋼、寶石、陶瓷、玻璃、塑料和人造革等各種材料上的小孔、深孔。加工質(zhì)量好，無(wú)毛刺和再鑄層等缺陷。加工孔的最小直徑可達(dá)0.001mm，最大深徑比可達(dá)10。12（1）電子束打孔第九章電子束和離子束加工能加工各種孔，電子束加工的異形孔第九章電子束和離子束加工13電子束加工的異形孔第九章電子束和離子束加工13電子束加工彎曲的孔第九章電子束和離子束加工加工彎孔：利用電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的原理，使電子束在工件內(nèi)偏轉(zhuǎn)方向?？刂齐娮铀俣群痛艌?chǎng)強(qiáng)度，就可控制曲率半徑，加工出彎曲的孔。14電子束加工彎曲的孔第九章電子束和離子束加工加工彎孔：利用（2）電子束切割第九章電子束和離子束加工可對(duì)各種材料進(jìn)行切割，切口寬度僅有3～6μm。利用電子束再配合工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可加工所需要的曲面。電子束加工曲面15（2）電子束切割第九章電子束和離子束加工可對(duì)各種材料進(jìn)行（3）電子束焊接第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：電子束焊接具有焊縫深寬比大；焊接速度快，焊縫深而窄，焊件變形??；不用焊條，接頭機(jī)械性能好；

可進(jìn)行異種金屬焊接；可在精加工后焊接等等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極為廣泛，尤其在焊接大型鋁合金零件中，具有極大的優(yōu)勢(shì)，并且可用于不同金屬之間的連接。如美國(guó)和日本采用電子束焊接工藝加工發(fā)電廠汽輪機(jī)的定子部件；美國(guó)還將電子束焊接工藝廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造中。16（3）電子束焊接第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：電子束焊接（4）電子束光刻第九章電子束和離子束加工利用低能量密度的電子束照射高分子材料時(shí)，將使材料分子鏈被切斷或重新組合，引起分子量的變化即產(chǎn)生潛象，再將其浸入適當(dāng)?shù)娜軇┲校捎诜肿恿康牟煌芙舛炔煌?，就?huì)將潛象顯影出來(lái)。將光刻與粒子束刻蝕或蒸鍍工藝結(jié)合，就可以在金屬掩?；虿牧媳砻嬷赋鰣D形來(lái)。17（4）電子束光刻第九章電子束和離子束加工利用低能量密度電子束曝光加工過(guò)程A-電子束曝光；B-顯影；C-蒸鍍；D—離子刻蝕；E、F-去掉抗蝕劑，留下圖形1-電子束；2-電致抗蝕劑；3-基板；4-金屬蒸汽；5-離子束；6-金屬第九章電子束和離子束加工18電子束曝光加工過(guò)程第九章電子束和離子束加工18第九章電子束和離子束加工電子束刻蝕19第九章電子束和離子束加工電子束刻蝕19（5）電子束表面改性

第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：A）快速加熱淬火，可得到超微細(xì)組織，提高材料的強(qiáng)韌性；B）處理過(guò)程在真空中進(jìn)行，減少了氧化等影響，可以獲得純凈的表面強(qiáng)化層；C）電子束功率參數(shù)可控，可以控制材料表面改性的位置、深度和性能指標(biāo)。20（5）電子束表面改性第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：2第九章電子束和離子束加工電子束表面改性技術(shù)分類(lèi)應(yīng)用：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。21第九章電子束和離子束加工電子束表面改性技術(shù)分類(lèi)應(yīng)用：表面1、加工原理 在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)加速、聚焦后投射到工件表面。由于離子帶正電荷，其質(zhì)量數(shù)比電子大數(shù)千倍甚至上萬(wàn)倍，它撞擊工件時(shí)具有很大撞擊動(dòng)能，通過(guò)微觀的機(jī)械撞擊作用從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。第九章電子束和離子束加工9.2離子束加工考夫曼型離子源1—真空抽氣口2—燈絲3—惰性氣體注入口4—電磁線圈5—離子束流6—工件7—陰極8—引出電極9—陽(yáng)極10—電離室221、加工原理第九章電子束和離子束加工9.2離相同點(diǎn)：加工原理基本相同。不同點(diǎn)：離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千倍乃至數(shù)萬(wàn)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。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。

第九章電子束和離子束加工與電子束加工的比較23相同點(diǎn)：加工原理基本相同。第九章電子束和離子束加工與電子2、離子束加工的分類(lèi)

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(lèi)：第九章電子束和離子束加工

（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時(shí)，此高能離子所傳遞的能量超過(guò)工件表面原子（或分子）間鍵合力時(shí)，材料表面的原子（或分子）被逐個(gè)濺射出來(lái)，以達(dá)到加工目的。這種加工本質(zhì)上屬于一種原子尺度的切削加工，通常又稱(chēng)為離子銑削。242、離子束加工的分類(lèi) 第九章電子束和離子束加第九章電子束和離子束加工原子級(jí)剝除，納米級(jí)精度效率低，原子剝離速度大約每秒鐘一層到幾十層原子可用于加工空氣軸承的溝槽、打孔、加工極薄材料及超高精度非球面透鏡，還可用于刻蝕集成電路等的高精度圖形。25第九章電子束和離子束加工原子級(jí)剝除，納米離子束刻蝕機(jī)26離子束刻蝕機(jī)26第九章電子束和離子束加工（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。27第九章電子束和離子束加工（2）離子濺射沉積 采用能第九章電子束和離子束加工（3）離子鍍膜

鍍膜前，離子束對(duì)基體表面轟擊清洗掉污垢和氧化物，提高其附著力。鍍膜剛開(kāi)始，濺射出來(lái)的基體原子與空氣中的靶材原子、離子相撞擊而返回工件表面，形成混合過(guò)渡膜層，增強(qiáng)了基材與膜材的結(jié)合力。（可達(dá)10～20MPa）。

該方法適應(yīng)性強(qiáng)、膜層均勻致密、韌性好、沉積速度快，目前已獲得廣泛應(yīng)用。28第九章電子束和離子束加工（3）離子鍍膜 鍍膜前，離第九章電子束和離子束加工（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（注入的離子固熔在工件材料中，含量可達(dá)10%~40%，深度可達(dá)1微米），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。該方法不受溫度及注入何種元素及粒量限制，可根據(jù)不同需求注入不同離子（如磷、氮、碳等）。注入表面元素的均勻性好，純度高，其注入的粒量及深度可控制，但設(shè)備費(fèi)用大、成本高、生產(chǎn)率較低。29第九章電子束和離子束加工（4）離子注入 用5～53、特點(diǎn)第九章電子束和離子束加工加工精度高。離子束加工是目前最精密、最微細(xì)的加工工藝。離子刻蝕：離子束轟擊材料是逐層去除原子，離子束密度及離子能量可以精確控制，可以達(dá)到納米級(jí)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以精確控制。環(huán)境污染少。離子束加工在真空中進(jìn)行，特別適宜于對(duì)易氧化的金屬、合金和半導(dǎo)體材料進(jìn)行加工。加工質(zhì)量高。離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，加工應(yīng)力和變形極小，適宜于對(duì)各種材料和低剛件零件進(jìn)行加工。設(shè)備費(fèi)用高、加工效率低303、特點(diǎn)第九章電子束和離子束加工加工精度高。離子束加工是4離子束加工裝置離子束加工設(shè)備離子源真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)電源等314離子束加工裝置離子束加工設(shè)備31離子束加工裝置考夫曼型離子源32離子束加工裝置考夫曼型離子源32離子束加工裝置雙等離子體型離子源33離子束加工裝置雙等離子體型離子源33第九章電子束和離子束加工5、應(yīng)用目前，離子束加工主要應(yīng)用于刻蝕加工、鍍膜加工、注入加工。離子刻蝕：制造激光器和紅外傳感器的高性能非球面透鏡和反光鏡、光學(xué)系統(tǒng)中的衍射光柵、壓電傳感器用晶片、陀螺轉(zhuǎn)子軸承表面上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、微型加速計(jì)的精確質(zhì)量塊以及超精密加工用的單晶金剛石刀具。34第九章電子束和離子束加工5、應(yīng)用第九章電子束和離子束加工離子注入（1）改變金屬材料表面的力學(xué)性能，如提高硬度、耐磨性和抗疲勞性能；（2）改變金屬材料的物理性能，如電性能、超導(dǎo)性能、光學(xué)性能及絕緣性能；（3）改變金屬表面的抗腐蝕性能，如抗化學(xué)腐蝕和抗高溫氧化性能等。35第九章電子束和離子束加工離子注入（1）改變金屬第九章電子束和離子束加工離子鍍和離子濺射鍍膜

（1）精密滾珠軸承采用離子鍍膜后，使用壽命延長(zhǎng)到數(shù)千小時(shí)；（2）刀具鍍以幾微米厚的TiN、TiC涂層后，壽命提高3~10倍；（3）在鈦合金葉片上沉積一層貴金屬（Pt、Au、Rh等）涂層，可使疲勞強(qiáng)度增加30%，抗氧化與耐腐蝕能力也大大提高。

36第九章電子束和離子束加工離子鍍和離子濺射鍍膜作業(yè)簡(jiǎn)述電子束加工和離子束加工在原理和應(yīng)用范圍上的異同點(diǎn)。

第九章電子束和離子束加工37作業(yè)簡(jiǎn)述電子束加工和離子束加工在原理1、Geniusonlymeanshard-workingallone'slife.(Mendeleyer,RussianChemist)

天才只意味著終身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:032、Ourdestinyoffersnotonlythecupofdespair,butthechaliceofopportunity.(RichardNixon,AmericanPresident)命運(yùn)給予我們的不是失望之酒，而是機(jī)會(huì)之杯。二〇二〇年八月五日2020年8月5日星期三3、Patienceisbitter,butitsfruitissweet.(JeanJacquesRousseau,Frenchthinker)忍耐是痛苦的，但它的果實(shí)是甜蜜的。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.20204、Allthatyoudo,dowithyourmight;thingsdonebyhalvesareneverdoneright.----R.H.Stoddard,Americanpoet做一切事都應(yīng)盡力而為，半途而廢永遠(yuǎn)不行8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:105、Youhavetobelieveinyourself.That'sthesecretofsuccess.----CharlesChaplin人必須相信自己，這是成功的秘訣。-Wednesday,August5,2020August20Wednesday,August5,20208/5/20206、Almostanysituation---goodorbad---isaffectedbytheattitudewebringto.----LuciusAnnausSeneca差不多任何一種處境---無(wú)論是好是壞---都受到我們對(duì)待處境態(tài)度的影響。11時(shí)3分11時(shí)3分5-Aug-208.5.20207、Althoughtheworldisfullofsuffering,itisfullalsooftheovercomingofit.----HellenKeller,Americanwriter雖然世界多苦難，但是苦難總是能戰(zhàn)勝的。20.8.520.8.520.8.5。2020年8月5日星期三二〇二〇年八月五日8、Formanismanandmasterofhisfate.----Tennyson人就是人，是自己命運(yùn)的主人11:0311:03:108.5.2020Wednesday,August5,20209、Whensuccesscomesinthedoor,itseems,loveoftengoesoutthewindow.-----JoyceBrothers成功來(lái)到門(mén)前時(shí)，愛(ài)情往往就走出了窗外。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.202010、Lifeismeasuredbythoughtandaction,notbytime.——Lubbock衡量生命的尺度是思想和行為，而不是時(shí)間。8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:1011、Tomakealastingmarriagewehavetoovercomeself-centeredness.要使婚姻長(zhǎng)久，就需克服自我中心意識(shí)。Wednesday,August5,2020August20Wednesday,August5,20208/5/202012、Treatotherpeopleasyouhopetheywilltreatyou.你希望別人如何對(duì)待你，你就如何對(duì)待別人。11時(shí)3分11時(shí)3分5-Aug-208.5.202013、Todowhateverneedstobedoneto

preservethislastandgreatestbastionof

freedom.(RonaldReagan,AmericanPresident)為了保住這最后的、最偉大的自由堡壘，我們必須盡我們所能。20.8.520.8.5Wednesday,August5,202014、Wherethereisawill,thereisaway.(ThomasEdison,Americaninventor)有志者，事竟成。11:01:1911:01:1911:018/5/202011:01:19AM15、

Everymanisthemasterofhisownfortune.----RichardSteele每個(gè)人都主宰自己的命運(yùn)。20.8.511:01:1911:01Aug-205-Aug-2016、Asselfishnessandcomplaintcloudthemind,solovewithitsjoyclearsandsharpensthevision.----HelenKeller自私和抱怨是心靈的陰暗，愉快的愛(ài)則使視野明朗開(kāi)闊。11:01:1911:01:1911:01Wednesday,August5,202017、Donot,foronerepulse,giveupthepurposethatyouresolvedtoeffect.----WillianShakespeare,Britishdramatist不要只因一次失敗，就放棄你原來(lái)決心想達(dá)到的目的。20.8.520.8.511:01:1911:01:19August5,202018、Thereisnoabsolutesuccessintheworld,onlyconstantprogress.世界上的事沒(méi)有絕對(duì)成功，只有不斷的進(jìn)步。2020年8月5日星期三上午11時(shí)1分19秒11:01:1920.8.519、Nothingismorefataltohappinessthantheremembranceofhappiness.

沒(méi)有什么比回憶幸福更令人痛苦的了。2020年8月上午11時(shí)1分20.8.511:01August5,202020、Nomanishappywhodoesnotthinkhimselfso.——PubliliusSyrus認(rèn)為自己不幸福的人就不會(huì)幸福。2020年8月5日星期三11時(shí)1分19秒11:01:195August202021、Theemperortreatstalentastools,usingtheirstrongpointtohisadvantage.

君子用人如器，各取所長(zhǎng)。上午11時(shí)1分19秒上午11時(shí)1分11:01:1920.8.5謝謝觀看THEEND1、Geniusonlymeanshard-worki第九章電子束和離子束加工《精密與特種加工》Precisionandnon-traditionalmachining39第九章電子束和離子束加工《精密與特種加工》Precisi主要內(nèi)容9.1電子束加工9.2離子束加工第九章電子束和離子束加工40主要內(nèi)容9.1電子束加工第九章電子束和離子束加工2第九章電子束和離子束加工1、概述

電子束加工（ElectronBeamMachining簡(jiǎn)稱(chēng)EBM）起源于德國(guó)。1948年德國(guó)科學(xué)家斯特格瓦發(fā)明了第一臺(tái)電子束加工設(shè)備。利用高能量密度的電子束對(duì)材料進(jìn)行工藝處理的一切方法統(tǒng)稱(chēng)為電子束加工。9.1電子束加工41第九章電子束和離子束加工1、概述9.1電子束加工3第九章電子束和離子束加工電子束加工應(yīng)用于：電子束焊接、打孔、表面處理、熔煉、鍍膜、物理氣相沉積、雕刻、銑切、切割以及電子束曝光等。世界上電子束加工技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家：德國(guó)、日本、美國(guó)、俄羅斯以及法國(guó)等。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前電子束加工技術(shù)已在核工業(yè)、航空宇航、精密制造等工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用。42第九章電子束和離子束加工電子束加工應(yīng)用于：電子束焊接、打第九章電子束和離子束加工

在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后能量密度為106～109w/cm2的極細(xì)束流高速?zèng)_擊到工件表面上極小的部位，并在幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發(fā)，來(lái)去除材料。

電子束加工原理2、加工原理43第九章電子束和離子束加工（1）只使材料局部加熱就可進(jìn)行電子束熱處理；（2）使材料局部熔化就可以進(jìn)行電子束焊接；（3）提高電子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可進(jìn)行打孔、切割等加工；（4）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。第九章電子束和離子束加工 控制電子束能量密度的大小和能量注入時(shí)間，就可以達(dá)到不同的加工目的。44（1）只使材料局部加熱就可進(jìn)行電子束電子束加工裝置主要由以下幾部分組成。（1）電子槍。獲得電子束的裝置。它包括：電子發(fā)射陰極—用鎢或鉭制成，在加熱狀態(tài)下發(fā)射電子?？刂茤艠O—既控制電子束的強(qiáng)弱，又有初步的聚焦作用。加速陽(yáng)極—通常接地，由于陰極為很高的負(fù)壓，所以能驅(qū)使電子加速。第九章電子束和離子束加工3、加工裝置45電子束加工裝置主要由以下幾部分組成。第九章電子束和離子束加工

保證電子加工時(shí)所需要的真空度。一般電子束加工的的真空度維持在1.33×10-2~1.33×10-4Pa。由機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵和真空泵兩級(jí)組成。

（3）控制系統(tǒng)和電源。

控制系統(tǒng)包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強(qiáng)度控制以及工作臺(tái)位移控制。（2）真空系統(tǒng)46第九章電子束和離子束加工保證電子束流聚焦控制：提高電子束的能量密度，它決定加工點(diǎn)的孔徑或縫寬。第九章電子束和離子束加工聚焦方法：一是利用高壓靜電場(chǎng)使電子流聚焦成細(xì)束；另一種方法是利用“電磁透鏡”靠磁場(chǎng)聚焦。束流位置控制：改變電子的方向。工作臺(tái)位移控制：加工時(shí)控制工作臺(tái)的位置。電源：對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求較高，常用穩(wěn)壓電源。47束流聚焦控制：提高電子束的能量密度，它決定加工點(diǎn)的孔徑或縫寬電子束能夠極其微細(xì)地聚焦(可達(dá)l～0.1μm)，故可進(jìn)行微細(xì)加工。是非接觸式加工，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形，加工材料的范圍廣。能加工各種力學(xué)性能的導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。能量密度高，能量利用率高，加工效率很高。加工在真空中進(jìn)行，污染少，加工表面不易被氧化。可以通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等直接進(jìn)行控制，整個(gè)加工系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。電子束加工需要整套的專(zhuān)用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價(jià)格較貴，故在生產(chǎn)中受到一定程度的限制。第九章電子束和離子束加工4、電子束加工的特點(diǎn)48電子束能夠極其微細(xì)地聚焦(可達(dá)l～0.1μm)，故可進(jìn)行微1-淬火硬化；2-熔煉；3-焊接；4-打孔；5-鉆、切削；6-刻蝕；7-升華；8-塑料聚合；9-電子抗蝕劑；10-塑料打孔第九章電子束和離子束加工

5、電子束加工的應(yīng)用491-淬火硬化；2-熔煉；第九章電子束和離子束（1）電子束打孔

第九章電子束和離子束加工能加工各種孔，包括異形孔、斜孔、錐孔和彎孔。生產(chǎn)效率高。機(jī)翼吸附屏的孔、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)套上的冷卻孔，此類(lèi)孔數(shù)量巨大（高達(dá)數(shù)百萬(wàn)），且孔徑微小，密度連續(xù)分布而孔徑也有變化，非常適合電子束打孔。加工材料范圍廣?？杉庸げ讳P鋼、耐熱鋼、寶石、陶瓷、玻璃、塑料和人造革等各種材料上的小孔、深孔。加工質(zhì)量好，無(wú)毛刺和再鑄層等缺陷。加工孔的最小直徑可達(dá)0.001mm，最大深徑比可達(dá)10。50（1）電子束打孔第九章電子束和離子束加工能加工各種孔，電子束加工的異形孔第九章電子束和離子束加工51電子束加工的異形孔第九章電子束和離子束加工13電子束加工彎曲的孔第九章電子束和離子束加工加工彎孔：利用電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的原理，使電子束在工件內(nèi)偏轉(zhuǎn)方向。控制電子速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，就可控制曲率半徑，加工出彎曲的孔。52電子束加工彎曲的孔第九章電子束和離子束加工加工彎孔：利用（2）電子束切割第九章電子束和離子束加工可對(duì)各種材料進(jìn)行切割，切口寬度僅有3～6μm。利用電子束再配合工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可加工所需要的曲面。電子束加工曲面53（2）電子束切割第九章電子束和離子束加工可對(duì)各種材料進(jìn)行（3）電子束焊接第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：電子束焊接具有焊縫深寬比大；焊接速度快，焊縫深而窄，焊件變形?。徊挥煤笚l，接頭機(jī)械性能好；

可進(jìn)行異種金屬焊接；可在精加工后焊接等等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極為廣泛，尤其在焊接大型鋁合金零件中，具有極大的優(yōu)勢(shì)，并且可用于不同金屬之間的連接。如美國(guó)和日本采用電子束焊接工藝加工發(fā)電廠汽輪機(jī)的定子部件；美國(guó)還將電子束焊接工藝廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造中。54（3）電子束焊接第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：電子束焊接（4）電子束光刻第九章電子束和離子束加工利用低能量密度的電子束照射高分子材料時(shí)，將使材料分子鏈被切斷或重新組合，引起分子量的變化即產(chǎn)生潛象，再將其浸入適當(dāng)?shù)娜軇┲?，由于分子量的不同而溶解度不同，就?huì)將潛象顯影出來(lái)。將光刻與粒子束刻蝕或蒸鍍工藝結(jié)合，就可以在金屬掩?；虿牧媳砻嬷赋鰣D形來(lái)。55（4）電子束光刻第九章電子束和離子束加工利用低能量密度電子束曝光加工過(guò)程A-電子束曝光；B-顯影；C-蒸鍍；D—離子刻蝕；E、F-去掉抗蝕劑，留下圖形1-電子束；2-電致抗蝕劑；3-基板；4-金屬蒸汽；5-離子束；6-金屬第九章電子束和離子束加工56電子束曝光加工過(guò)程第九章電子束和離子束加工18第九章電子束和離子束加工電子束刻蝕57第九章電子束和離子束加工電子束刻蝕19（5）電子束表面改性

第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：A）快速加熱淬火，可得到超微細(xì)組織，提高材料的強(qiáng)韌性；B）處理過(guò)程在真空中進(jìn)行，減少了氧化等影響，可以獲得純凈的表面強(qiáng)化層；C）電子束功率參數(shù)可控，可以控制材料表面改性的位置、深度和性能指標(biāo)。58（5）電子束表面改性第九章電子束和離子束加工特點(diǎn)：2第九章電子束和離子束加工電子束表面改性技術(shù)分類(lèi)應(yīng)用：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。59第九章電子束和離子束加工電子束表面改性技術(shù)分類(lèi)應(yīng)用：表面1、加工原理 在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)加速、聚焦后投射到工件表面。由于離子帶正電荷，其質(zhì)量數(shù)比電子大數(shù)千倍甚至上萬(wàn)倍，它撞擊工件時(shí)具有很大撞擊動(dòng)能，通過(guò)微觀的機(jī)械撞擊作用從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。第九章電子束和離子束加工9.2離子束加工考夫曼型離子源1—真空抽氣口2—燈絲3—惰性氣體注入口4—電磁線圈5—離子束流6—工件7—陰極8—引出電極9—陽(yáng)極10—電離室601、加工原理第九章電子束和離子束加工9.2離相同點(diǎn)：加工原理基本相同。不同點(diǎn)：離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千倍乃至數(shù)萬(wàn)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。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。

第九章電子束和離子束加工與電子束加工的比較61相同點(diǎn)：加工原理基本相同。第九章電子束和離子束加工與電子2、離子束加工的分類(lèi)

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(lèi)：第九章電子束和離子束加工

（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時(shí)，此高能離子所傳遞的能量超過(guò)工件表面原子（或分子）間鍵合力時(shí)，材料表面的原子（或分子）被逐個(gè)濺射出來(lái)，以達(dá)到加工目的。這種加工本質(zhì)上屬于一種原子尺度的切削加工，通常又稱(chēng)為離子銑削。622、離子束加工的分類(lèi) 第九章電子束和離子束加第九章電子束和離子束加工原子級(jí)剝除，納米級(jí)精度效率低，原子剝離速度大約每秒鐘一層到幾十層原子可用于加工空氣軸承的溝槽、打孔、加工極薄材料及超高精度非球面透鏡，還可用于刻蝕集成電路等的高精度圖形。63第九章電子束和離子束加工原子級(jí)剝除，納米離子束刻蝕機(jī)64離子束刻蝕機(jī)26第九章電子束和離子束加工（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。65第九章電子束和離子束加工（2）離子濺射沉積 采用能第九章電子束和離子束加工（3）離子鍍膜

鍍膜前，離子束對(duì)基體表面轟擊清洗掉污垢和氧化物，提高其附著力。鍍膜剛開(kāi)始，濺射出來(lái)的基體原子與空氣中的靶材原子、離子相撞擊而返回工件表面，形成混合過(guò)渡膜層，增強(qiáng)了基材與膜材的結(jié)合力。（可達(dá)10～20MPa）。

該方法適應(yīng)性強(qiáng)、膜層均勻致密、韌性好、沉積速度快，目前已獲得廣泛應(yīng)用。66第九章電子束和離子束加工（3）離子鍍膜 鍍膜前，離第九章電子束和離子束加工（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（注入的離子固熔在工件材料中，含量可達(dá)10%~40%，深度可達(dá)1微米），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。該方法不受溫度及注入何種元素及粒量限制，可根據(jù)不同需求注入不同離子（如磷、氮、碳等）。注入表面元素的均勻性好，純度高，其注入的粒量及深度可控制，但設(shè)備費(fèi)用大、成本高、生產(chǎn)率較低。67第九章電子束和離子束加工（4）離子注入 用5～53、特點(diǎn)第九章電子束和離子束加工加工精度高。離子束加工是目前最精密、最微細(xì)的加工工藝。離子刻蝕：離子束轟擊材料是逐層去除原子，離子束密度及離子能量可以精確控制，可以達(dá)到納米級(jí)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以精確控制。環(huán)境污染少。離子束加工在真空中進(jìn)行，特別適宜于對(duì)易氧化的金屬、合金和半導(dǎo)體材料進(jìn)行加工。加工質(zhì)量高。離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，加工應(yīng)力和變形極小，適宜于對(duì)各種材料和低剛件零件進(jìn)行加工。設(shè)備費(fèi)用高、加工效率低683、特點(diǎn)第九章電子束和離子束加工加工精度高。離子束加工是4離子束加工裝置離子束加工設(shè)備離子源真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)電源等694離子束加工裝置離子束加工設(shè)備31離子束加工裝置考夫曼型離子源70離子束加工裝置考夫曼型離子源32離子束加工裝置雙等離子體型離子源71離子束加工裝置雙等離子體型離子源33第九章電子束和離子束加工5、應(yīng)用目前，離子束加工主要應(yīng)用于刻蝕加工、鍍膜加工、注入加工。離子刻蝕：制造激光器和紅外傳感器的高性能非球面透鏡和反光鏡、光學(xué)系統(tǒng)中的衍射光柵、壓電傳感器用晶片、陀螺轉(zhuǎn)子軸承表面上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、微型加速計(jì)的精確質(zhì)量塊以及超精密加工用的單晶金剛石刀具。72第九章電子束和離子束加工5、應(yīng)用第九章電子束和離子束加工離子注入（1）改變金屬材料表面的力學(xué)性能，如提高硬度、耐磨性和抗疲勞性能；（2）改變金屬材料的物理性能，如電性能、超導(dǎo)性能、光學(xué)性能及絕緣性能；（3）改變金屬表面的抗腐蝕性能，如抗化學(xué)腐蝕和抗高溫氧化性能等。73第九章電子束和離子束加工離子注入（1）改變金屬第九章電子束和離子束加工離子鍍和離子濺射鍍膜

（1）精密滾珠軸承采用離子鍍膜后，使用壽命延長(zhǎng)到數(shù)千小時(shí)；（2）刀具鍍以幾微米厚的TiN、TiC涂層后，壽命提高3~10倍；（3）在鈦合金葉片上沉積一層貴金屬（Pt、Au、Rh等）涂層，可使疲勞強(qiáng)度增加30%，抗氧化與耐腐蝕能力也大大提高。

74第九章電子束和離子束加工離子鍍和離子濺射鍍膜作業(yè)簡(jiǎn)述電子束加工和離子束加工在原理和應(yīng)用范圍上的異同點(diǎn)。

第九章電子束和離子束加工75作業(yè)簡(jiǎn)述電子束加工和離子束加工在原理1、Geniusonlymeanshard-workingallone'slife.(Mendeleyer,RussianChemist)

天才只意味著終身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:032、Ourdestinyoffersnotonlythecupofdespair,butthechaliceofopportunity.(RichardNixon,AmericanPresident)命運(yùn)給予我們的不是失望之酒，而是機(jī)會(huì)之杯。二〇二〇年八月五日2020年8月5日星期三3、Patienceisbitter,butitsfruitissweet.(JeanJacquesRousseau,Frenchthinker)忍耐是痛苦的，但它的果實(shí)是甜蜜的。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.20204、Allthatyoudo,dowithyourmight;thingsdonebyhalvesareneverdoneright.----R.H.Stoddard,Americanpoet做一切事都應(yīng)盡力而為，半途而廢永遠(yuǎn)不行8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:105、Youhavetobelieveinyourself.That'sthesecretofsuccess.----CharlesChaplin人必須相信自己，這是成功的秘訣。-Wednesday,August5,2020August20Wednesday,August5,20208/5/20206、Almostanysituation---goodorbad---isaffectedbytheattitudewebringto.----LuciusAnnausSeneca差不多任何一種處境---無(wú)論是好是壞---都受到我們對(duì)待處境態(tài)度的影響。11時(shí)3分11時(shí)3分5-Aug-208.5.20207、Althoughtheworldisfullofsuffering,itisfullalsooftheovercomingofit.----HellenKeller,Americanwriter雖然世界多苦難，但是苦難總是能戰(zhàn)勝的。20.8.520.8.520.8.5。2020年8月5日星期三二〇二〇年八月五日8、Formanismanandmasterofhisfate.----Tennyson人就是人，是自己命運(yùn)的主人11:0311:03:108.5.2020Wednesday,August5,20209、Whensuccesscomesinthedoor,itseems,loveoftengoes