特種加工專題講解第七章電子束和離子束加工

1、特種加工專題講解Non-traditional Machining 1電子束和離子束加工第七章2 電子束加工是近年來得到較大發(fā)展的特種加工方法，在精密微細加工方面，尤其是在微電子學領(lǐng)域中得到較多的應用。電子束加工主要用于打孔、焊接等的精加工和電子束光刻化學加工。 離子束加工與電子束加工的原理基本相同，不同的只是離子質(zhì)量比電子質(zhì)量大數(shù)千、數(shù)萬倍，經(jīng)過聚焦加速后，靠離子打擊加工件的動能，或?qū)⒐ぜ脑幼矒舫鰜?撞擊效應)，或?qū)胁牡脑幼渤龊箫w濺沉積到工件表面上（濺射效應），或直接將離子束中的離子打入工件表層之內(nèi)(注入效應)?？蓪崿F(xiàn)對材料的“毫微米級”或“原子級”加工。3第六章電子束和離子束加工

2、7.1 電子束加工 7.2 離子束加工4電子束加工的基本原理利用能量密度極高的高速電子細束，在高真空腔體中沖擊工件，使材料熔化、蒸發(fā)、汽化，而達到加工目的。 5電子束加工裝置6電子束加工設備電子槍控制系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)789電子束加工的分類電子束的加工裝置電子槍真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)電源系統(tǒng)等四部分所組成。 1011電子束加工的特點1.是一種精密微細的加工方法。2.非接觸式加工，不會產(chǎn)生應力和變形。3.加工速度很快，能量使用率可高達90。4.加工過程可自動化。5.在真空腔中進行，污染少，材料加工表面不氧化。7.電子束加工需要一整套專用設備和真空系統(tǒng)，價格較貴。 12各種電子束加工方法 一.電子束焊

3、接主要優(yōu)點：1.電子束穿透能力強，焊縫深寬比大，可達到70：1。2.焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接變形小。3.電子束焊接不僅可以防止熔化金屬受到氧、氮等有害氣體的影響，適于活潑金屬的焊接。4.可焊接難以接近部位的接縫。5.可實現(xiàn)復雜接縫的自動焊接。 1314主要缺點：1.設備比較復雜、費用比較昂貴。2.焊接前對接頭加工、裝配要求嚴格。3.被焊工件尺寸和形狀受到工作室的限制。4.電子束易受電磁場的干擾，影響焊接質(zhì)量。5.電子束焊接時會產(chǎn)生X射線，對操作人員的健康和安全會造成威脅。 151617焊接熱影響小、變形小18高加速器研究機構(gòu)加工依頼受超電導空洞用加速器使用付（R型、L型）。材質(zhì)Nb（）材。

4、 二.電子束打孔利用極高能量密度的電子束沖擊材料，使材料汽化，而實現(xiàn)鉆孔的目的。電子束打孔具有下列的特點：1.可加工細微的孔，目前最小加工直徑可達左右。2.加工深孔，孔的深徑比大于10：1，其深度亦可達10公分以上。193.孔徑誤差很小，正負5以內(nèi)。4.適合硬度高的材料打孔。5.可打斜度的孔，傾斜角可達15。7.加工各種直的型孔和成型表面，加工彎孔和立體曲面。7.加工速度快。 202122電子束加工曲面、穿孔23各種火焰筒上的冷卻孔適合于高頻率、多孔加工24三、電子束表面熱處理 上面、側(cè)面改善252627放電面 放電面照射面 面粗：0.8mRa 面粗：0.09mRa 四、電子束熔煉1.能得到密

5、度極高的金屬。2.可熔高熔點的金屬。3.沒有電弧的產(chǎn)生。 287.2 離子束加工7離子束加工的基本原理離子束加工是在真空條件下，先由電子槍產(chǎn)生電子束，再引入已抽成真空且充滿惰性氣體之電離室中，使低壓惰性氣體離子化。由負極引出陽離子又經(jīng)加速、集束等步驟，最后射入工件表面。29離子束工主要特點如下：1.加工的精度非常高。2.污染少。3.加工應力、熱變形等極小、加工精度高。4.離子束加工設備費用高、成本貴、加工效率低。307.2.2離子束加工的分類離子束加工依其目的可以分為蝕刻及鍍膜兩種。蝕刻又可在分為濺散蝕刻和離子蝕刻兩種。離子在電漿產(chǎn)生室中即對工件進行撞擊蝕刻，為濺散蝕刻。產(chǎn)生電子使以加速之離子

6、還原為原子而撞擊材料進行蝕刻為離子蝕刻。313233鍍膜方式亦有兩種，一種方式是將某種材料為靶，以離子撞擊使其表面原子脫離而附著沉積于一材料工件之表面，此種方式稱為濺散沉積。將欲鍍之材料(靶材)加熱蒸發(fā)，使其蒸汽原子在遇到電漿時亦被電離，再沉積于工件表面此法稱為離子鍍膜。離子注入：離子直接注入到材料表層，改變工件表面化學成分，進而改變材料之物理性質(zhì)。343536離子束工加工設備37離子束加工裝置可分為：離子源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng) 離子源離子束流的的產(chǎn)生方法是把要電離的氣態(tài)原子(惰性氣體或金屬蒸氣)注入電離室中，藉由高頻放電、電弧放電使氣態(tài)原子電離為等離子體，可引出離子束流。1.

7、考夫曼型離子槍2. 雙等離子體型離子槍38394041減速型高出力銃電子銃両用銃 離子束工加工的應用1.蝕刻加工：離子蝕刻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。離子束蝕刻應用的另一個方面是蝕刻高精度圖形，如集成電路、光電器件和光集成器件等征電子學構(gòu)件。太陽能電池表面具有非反射紋理表面。離子束蝕刻還應用于減薄材料，制作穿透式電子顯微鏡試片。 422.離子束鍍膜加工：離子束鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種形式。離子鍍可鍍材料范圍廣泛，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、半導體材料、高熔點材料亦均可鍍覆。離子束鍍膜技術(shù)可用于鍍制潤滑膜、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。4344 離子鍍膜零件45蒸著（IBAD）法 蒸著時蒸著膜上別制御同時照射、膜質(zhì)向上。 金屬、布表面強固蒸著。 46蒸著加工例Au on Silk浮世絵 銀抗菌 3.離子注入加工：離子注入加工是在工件表面直接注入離子，可達10%40%，注入深度可達1m甚至更深。離子注入常用于半導