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1、第六章 电子束与离子束加工本讲稿第一页，共三十页第一节 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本讲稿第二页，共三十页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。本讲稿第三页，共三十页二、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、工作台控制电源本讲稿第四页，共三十页电子束运动轨迹本讲稿第五页，共
2、三十页电子束在电磁透镜中受力本讲稿第六页，共三十页三、电子束加工应用本讲稿第七页，共三十页三、电子束加工应用1、窄缝加工本讲稿第八页，共三十页三、电子束加工应用2、曲面加工本讲稿第九页，共三十页三、电子束加工应用3、刻蚀本讲稿第十页，共三十页三、电子束加工应用4、焊接本讲稿第十一页，共三十页三、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
3、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 本讲稿第十二页，共三十页三、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
4、子束曝光技术首先研制出1GDRAM本讲稿第十三页，共三十页第二节 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、质量大机械撞击能本讲稿第十四页，共三十页（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本讲稿第十五页，共三十页1、离子刻蚀用氩离子加速轰击攻坚，将工件原子逐个剥离，实现加工本讲稿第十六页，共三十页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本讲稿第十七页，共三十页3、离子镀离子在轰击靶材的同时还轰击攻坚，是镀膜更加牢固本讲稿第十八页，共
5、三十页4、离子注入用高能量粒子直接击入工件表面，令工件表面改性本讲稿第十九页，共三十页（三）、离子束加工特点1、最精密、最细微的加工方法-纳米级0.001m；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。本讲稿第二十页，共三十页二、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：离子源系统本讲稿第二十一页，共三十页考夫曼型离子源本讲稿第二十二页，共三十页双等离子体型离子源本讲稿第二十三页，共三十页三、离子束加工的应用1.蚀刻加工2.离子束镀膜加工本讲稿第二十
6、四页，共三十页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。本讲稿第二十五页，共三十页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。本讲稿第二十六页，共三十页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本讲稿第二十七页，共三十页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的导线本讲稿第二十八页，共三十页双离子束溅射沉积系统本讲稿第二十九页，共三十页LKJ系列离子束刻蚀系统本讲稿第三十页，共三十页