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1、第六章 电子束和离子束加工 第一节 电子束加工电子束加工的原理：电子束加工的原理： 电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（106109W/2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料局部熔化和气化，被真空系统抽走。 第一节 电子束加工第一节 电子束加工控制电子束能量密度的大小和能量注入，就可以达到不同的加工目的。电子束热处理：电子束热处理： 只使材料局部加热就可进行电子束热处理电子束热焊接：电子束热焊接： 使材料局部熔化就可进行电子束热焊接电子束打孔、切割等
2、加工：电子束打孔、切割等加工： 提高电子束能量密度，使材料熔化和气化就可进行电子束打孔、切割等加工电子束光刻加工：电子束光刻加工： 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。 第一节 电子束加工 电子束加工的特点：电子束加工的特点：加工面积很小，是一种精密微细的加工方法。加工面积很小，是一种精密微细的加工方法。电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到0.1m。非接触式加工。工件不受机械力作用，不产生宏观应力和非接触式加工。工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形。变形。 脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。 照射部分的温度超过材料的融化和气化温
3、度，去除材料主要靠瞬时蒸发。加工生产率很高加工生产率很高能量密度高，每秒钟可以在2.5厚的钢板上加工50个直径为0.4的孔。第一节 电子束加工 电子束加工的特点：电子束加工的特点： 整个加工过程便于实现自动化整个加工过程便于实现自动化 可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制。 加工表面不会氧化，特别适用于加工易氧化的金加工表面不会氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。 电子束加工是在真空中进行，污染少。 价格较贵，生产应用有一定局限性。价格较贵，生产应用有一定局限性。 电子束加工需要一套专用设备
4、和真空系统。第一节 电子束加工3.电子束加工装置：电子束加工装置： 电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。 （1）电子枪 （2）真空系统 （3）控制系统和电源 第一节 电子束加工4.电子束加工的应用电子束加工的应用电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔打孔切割切割蚀刻蚀刻焊接焊接热处理热处理光刻加工等。光刻加工等。 第一节 电子束加工（1）高速打孔 （2）加工型孔及特殊表面 （3）电子束曝光4.电子束加工的应用电子束加工的应用第一节 电子束加工第一节 电子束加工第一节 电子束加工第二节 离子束加工 离子束加工： 利用离子束对材料进行成形和改性的加工方法。一 离子束加工原理
5、、分类和特点 二 离子束加工装置 三 离子束加工的应用第二节 离子束加工一一 离子束加工原理、分类和特点离子束加工原理、分类和特点离子束加工的原理和物理基础离子束加工的原理和物理基础 离子束加工的原理： 离子束加工的原理是在真空条件下，将离子源产生的离子束 经过加速聚焦，使之撞击到工件表面，靠微观的机械撞击 能量来加工的。与电子束相比： 1)相同点： 在真空条件中进行 粒子束加工 2)不同点： 带正电荷的离子。 质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2 万倍。 靠微观的机械撞击能量来加工的。 离子束比电子束具有更大的撞击动能。 第二节 离子束加工一一 离子束加工原理、分类和特点离
6、子束加工原理、分类和特点离子束加工的原理和物理基础离子束加工的原理和物理基础离子束加工的物理基础：离子束加工的物理基础： 离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应、注入效应1)离子的撞击效应和溅射效应： 具有一定动能的离子斜射到工件材料(或靶材)表面时，可以将表面的原子撞击出 来，这就是离子的撞击效应和溅射效应。 离子刻蚀(离子铣削) 、离子溅射沉积和离子镀 离子刻蚀(离子铣削) ： 如果将工件直接作为离子轰击的靶材，工件表面就会受到离子刻蚀(也称离子 铣削)。 离子溅射沉积和离子镀 ： 如果将工件放置在靶材附近，靶材原子就会溅射到工件表面而被溅射沉积吸附，使工件表面镀上一层靶材原子的薄
7、膜。2)注入效应： 如果离子能量足够大并垂直工件表面撞击时，离子就会钻进工件表面-离子的注入效应。 第二节 离子束加工离子束加工分类离子束加工分类 离子束加工按照其所利用的物理效应和达到目的的不同，可以分为四类： 离子刻蚀 离子溅射沉积 离子镀 离子注入离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀： 利用离子撞击和溅射效应 离子注入离子注入：利用注入效应的离子注入。 一一 离子束加工原理、分类和特点离子束加工原理、分类和特点第二节 离子束加工第二第二节节 离子束加工离子束加工离子束加工的特点离子束加工的特点离子束加工是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法，是纳米加工技术的
8、基础。污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金材料和高纯度半导体材料的加工。加工应力、热变形等极小，加工质量高，适合于对各种材料和低刚度零件的加工。离子束加工设备费用贵、成本高，加工效率低，应用范围受到一定限制。 一一 离子束加工原理、分类和特点离子束加工原理、分类和特点第二节 离子束加工 离子源、真空系统、控制系统和电源等部分组成。与电子束加工装置类似。主要的不同部分是离子源系统。 二二 离子束加工装置离子束加工装置离子刻蚀加工： 用于从工件上作去除加工的离子刻蚀加工；离子镀膜加工： 用于给工件表面涂覆的离子镀膜加工；离子注入加工： 用于表面改性的离子注入加工。 第二节 离子束加工三三 离子束
9、加工的应用离子束加工的应用刻蚀加工刻蚀加工 离子刻蚀是从工件上去除材料，是一个撞击溅射过程。当离子束轰击工件，入射离子的动量传递到工件表面的原子，传递能量超过了原子间的键合力时，原子就从工件表面撞击溅射出来，达到刻蚀的目的。 第二节 离子束加工三三 离子束加工的应用离子束加工的应用第二节 离子束加工第二节 离子束加工第二节 离子束加工 刻蚀加工刻蚀加工离子刻蚀用于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。加工非球面透镜能达到其他方法不能达到的精度。刻蚀高精度的图形，如集成电路、声表面波器件、磁泡器件、 光电器件和光集成器件等微电子学器件亚微米图形。用来致薄材料，用于致薄石英晶体振荡器和压电传感器。 三三 离子束加工的应用离子束加工的应用第二节 离子束加工镀膜加工镀膜加工 离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子镀时工件不仅接受靶材溅射来的原子，还同时受到离子的轰击，具有许多独特的优点。 三三 离子束加工的应用离子束加工的应用第二节 离子束加工第二节 离子束加工离子注入加工离子注入加工 离子注入是向工件表面直接注入离子，它不受热力学限制，可以注入任何离子，且注入量可以精确控制，注入的离子是固溶在工件材料中，含量可达10-40，注入深度可达1um甚至更深。 三三 离子束加工的应用离子束加工的应用第二节 离子束加工
