第六章電離子束加工

第六章電離子束加工第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電子束加工⒈電子束加工的原理：電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高（106～109W/㎝2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短的時間（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉變?yōu)闊崮埽贡粵_擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料局部熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走。

第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電子束加工第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電子束加工控制電子束能量密度的大小和能量注入，就可以達到不同的加工目的。⑴電子束熱處理：只使材料局部加熱就可進行電子束熱處理⑵電子束熱焊接：使材料局部熔化就可進行電子束熱焊接⑶電子束打孔、切割等加工：提高電子束能量密度，使材料熔化和氣化就可進行電子束打孔、切割等加工⑷電子束光刻加工：利用較低能量密度的電子束轟擊高分子材料時產(chǎn)生化學變化的原理，即可進行電子束光刻加工。第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電子束加工⒉電子束加工的特點：⑴加工面積很小，是一種精密微細的加工方法。電子束能夠極其微細地聚焦，甚至能聚焦到0.1μm。⑵非接觸式加工。工件不受機械力作用，不產(chǎn)生宏觀應力和變形。脆性、韌性、導體、非導體及半導體材料都可加工。照射部分的溫度超過材料的融化和氣化溫度，去除材料主要靠瞬時蒸發(fā)。⑶加工生產(chǎn)率很高能量密度高，每秒鐘可以在2.5㎜厚的鋼板上加工50個直徑為0.4㎜的孔。第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電子束加工⒉電子束加工的特點：⑷整個加工過程便于實現(xiàn)自動化可以通過磁場或電場對電子束的強度、位置、聚焦等進行直接控制。⑸加工表面不會氧化，特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導體材料。電子束加工是在真空中進行，污染少。⑹價格較貴，生產(chǎn)應用有一定局限性。電子束加工需要一套專用設備和真空系統(tǒng)。第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電子束加工3.電子束加工裝置：

電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等部分組成。

（1）電子槍

（2）真空系統(tǒng)

（3）控制系統(tǒng)和電源

第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

電子束加工4.電子束加工的應用電子束加工按其功率密度和能量注入時間的不同，可用于打孔切割蝕刻焊接熱處理光刻加工等。

第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

電子束加工（1）高速打孔

（2）加工型孔及特殊表面

（3）電子束曝光4.電子束加工的應用第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

電子束加工第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

電子束加工第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

電子束加工第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子束加工離子束加工：利用離子束對材料進行成形和改性的加工方法。一離子束加工原理、分類和特點

二離子束加工裝置三

離子束加工的應用第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子束加工一離子束加工原理、分類和特點⒈離子束加工的原理和物理基礎

⑴離子束加工的原理：離子束加工的原理是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之撞擊到工件表面，靠微觀的機械撞擊能量來加工的。與電子束相比：1)相同點：①在真空條件中進行②粒子束加工2)不同點：①帶正電荷的離子。質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍，如氬離子的質(zhì)量是電子的7.2萬倍。②靠微觀的機械撞擊能量來加工的。離子束比電子束具有更大的撞擊動能。第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子束加工一離子束加工原理、分類和特點⒈離子束加工的原理和物理基礎⑵離子束加工的物理基礎：離子束射到材料表面時所發(fā)生的撞擊效應、濺射效應、注入效應1)離子的撞擊效應和濺射效應：具有一定動能的離子斜射到工件材料(或靶材)表面時，可以將表面的原子撞擊出來，這就是離子的撞擊效應和濺射效應。離子刻蝕(離子銑削)、離子濺射沉積和離子鍍①離子刻蝕(離子銑削)：如果將工件直接作為離子轟擊的靶材，工件表面就會受到離子刻蝕(也稱離子銑削)。②離子濺射沉積和離子鍍

：如果將工件放置在靶材附近，靶材原子就會濺射到工件表面而被濺射沉積吸附，使工件表面鍍上一層靶材原子的薄膜。2)注入效應：如果離子能量足夠大并垂直工件表面撞擊時，離子就會鉆進工件表面--離子的注入效應。

第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子束加工⒉離子束加工分類離子束加工按照其所利用的物理效應和達到目的的不同，可以分為四類：⑴離子刻蝕⑵離子濺射沉積⑶離子鍍⑷離子注入離子刻蝕，離子濺射沉積和離子鍍：利用離子撞擊和濺射效應離子注入：利用注入效應的離子注入。

一離子束加工原理、分類和特點第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子束加工第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子束加工⒊離子束加工的特點⑴離子束加工是所有特種加工方法中最精密、最微細的加工方法，是納米加工技術的基礎。⑵污染少，特別適用于對易氧化的金屬、合金材料和高純度半導體材料的加工。⑶加工應力、熱變形等極小，加工質(zhì)量高，適合于對各種材料和低剛度零件的加工。⑷離子束加工設備費用貴、成本高，加工效率低，應用范圍受到一定限制。

一離子束加工原理、分類和特點第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

離子束加工

離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等部分組成。與電子束加工裝置類似。主要的不同部分是離子源系統(tǒng)。二離子束加工裝置第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月⒈離子刻蝕加工：用于從工件上作去除加工的離子刻蝕加工；⒉離子鍍膜加工：用于給工件表面涂覆的離子鍍膜加工；⒊離子注入加工：用于表面改性的離子注入加工。第二節(jié)

離子束加工三離子束加工的應用第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月⒈刻蝕加工離子刻蝕是從工件上去除材料，是一個撞擊濺射過程。當離子束轟擊工件，入射離子的動量傳遞到工件表面的原子，傳遞能量超過了原子間的鍵合力時，原子就從工件表面撞擊濺射出來，達到刻蝕的目的。

第二節(jié)

離子束加工三離子束加工的應用第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

離子束加工第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

離子束加工第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

離子束加工⒈刻蝕加工①離子刻蝕用于加工陀螺儀空氣軸承和動壓馬達上的溝槽，分辨率高，精度、重復一致性好。②加工非球面透鏡能達到其他方法不能達到的精度。③刻蝕高精度的圖形，如集成電路、聲表面波器件、磁泡器件、光電器件和光集成器件等微電子學器件亞微米圖形。④用來致薄材料，用于致薄石英晶體振蕩器和壓電傳感器。

三離子束加工的應用第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

離子束加工⒉鍍膜加工

離子鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種。離子鍍時工件不僅接受靶材濺射來的原子，還同時受到離子的轟擊，具有許多獨特的優(yōu)點。

三離子束加工的應用第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

離子束加工第26頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)