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1、高能束流加工技术激光束加工技术发展概述n1960年，美国休斯实验室的梅曼使用红宝石作为工作物质，制出了世界上第一台激光器，成功地产生了波长为0.6943微米的红外激光。激光束加工技术发展概述2n随着大功率激光器的出现，应用激光进行材料加工的激光加工技术逐渐发展起来。n从原理上讲，自然界中几乎所有材料，都能采用激光加工。n从行业来说，激光加工涉及到汽车、电子电器、有色金属纤维、精密机械以及运输机械等所有领域。n激光广泛用于打孔、切割、焊接、表面处理及半导体加工等。CMA-960F型自动送料激光切割机 n CM系列激光设备在全面质量管理体系的工厂环境下进行生产作业，稳定性、精确度和速度三大指标均可
2、体现世界一流设备的水准。CMA-2016F型激光切割机YMRF-MV100型成衣激光雕花机 电子束加工技术发展概述2n自20世纪60年代初期我国开始研究电子束加工工艺，目前已在仪器仪表、微电子、航空航天和化纤工业中得到应用。n电子束打孔、切槽、焊接、电子束曝光、电子束热处理等都陆续进入生产。数码离子束设备刻蚀加工应用33.石英晶体谐振器制作n石英晶体的谐振频率与其厚度有关。n用机械研磨和抛光致薄的晶体，可制作低频器件，但频率超过20MHz时，上述工艺已不适用，因为极薄的晶片已不能承受机械应力。n采用离子束抛光，可以不受此限制。石英晶体谐振器的金属引线要求重量轻、低电阻，通常用铝沉积在晶体表面沟
3、槽中，以高电导率铝作引线电极。n用离子束溅射加工晶体上的沟槽是最有效的方法。溅射镀膜加工 n溅射镀膜是基于离子轰击靶材时的溅射效应。n离子束在电场或磁场的加速下飞向阴极靶材，阴极表面靶原子溅射至靶材附近的工件表面，形成镀膜。n溅射镀膜有三种溅射技术：直流二级溅射、三级溅射和磁控溅射，其区别在于放电方式有所不同。n自20世纪70年代磁控溅射技术的出现，使溅射镀膜进入了工业应用，在镀膜的工艺领域中占有极为重要的地位。应用1硬质膜磁控溅射 n在高速钢刀具上用磁控溅射镀氮化钛（TiN）超硬膜，大大提高刀具的寿命，可以在工业生产中应用。n氮化钛可以采用直流溅射，但在工业生产中更为经济的是采用反应溅射。n
4、举例：工件经过超声清洗之后，再经过射频溅射清洗（功率为1kW，时间约2min）。镀膜时溅射电压为330375V，电流密度稳定在44mA/cm2，工件与靶面的距离为4.75cm，工件加220V的负偏压，通入真空室的氩流量lPam3/S，氮流量为0.020.06Pam3/s。氮流量在0.03Pam3/s以下时，氮气可以全部与溅射到工件上的钛原子发生化学反应而耗尽，镀膜速率为300nm/min。随着氮化钛中氮含量增加，镀膜色泽由金属光泽变为金黄色，可以用作仿金装饰镀层。应用2固体润滑膜的镀制 在齿轮的齿面上和轴承上溅射控制二硫化钼润滑膜，其厚度为0.20.6m，摩擦系数为0.04。溅射时，采用直流溅
5、射或射频溅射，靶材是用二硫化钼粉末压制成形。为保证得到晶态薄膜（此种状态下，有润滑作用），必须严格控制工艺参数。如用射频溅射二硫化钼的工艺参数为：电压2.5kV，真空度为l Pa，镀膜速率为30nm/min。为了避免得到非晶态薄膜，基片温度应适当高一些，但不能超过200。应用3欧姆接触层的镀制 磁控溅射镀铝或铝合金可用于制备大规模集成电路的欧姆接触层。所适用的合金有Al-Si（1.2%）、A1-Cu（4%）和A1-Si（l%）等。溅射时，要求靶材纯度高，并严格控制氢、氯等杂质气体含量。应用4薄壁零件的镀制 n例如某零件是直径为15毫米的管件，壁厚为63.5m，材料为10元合金，成分为：Fe-N
6、i（42%）、Cr（5.4%）、Ti（2.4%）、AL（0.65%）、Si（0.5%）、Mn（0.4%）、Cu（0.05%）、C（0.02%）、S（0.008%）。n先用铝棒车成芯轴，而后镀膜。镀膜后，用氢氧化钠的水溶液将铝芯全部溶蚀，即可取下零件。或用不锈钢芯轴表面加以氧化膜，溅射镀膜后，用喷丸方法或者液氮冷却方法使之与芯轴脱离。溅射镀制的薄壁管，其壁厚偏差小于1%（圆周方向）和2%（轴向），远低于一般4%的偏差要求。离子镀加工 n离子镀是在真空蒸镀和溅射镀膜的基础上发展起来的一种镀膜技术。从广义上讲，离子镀这种真空镀膜技术是膜层在沉积的同时又受到高能粒子束的轰击；n离子镀能利用辉光放电所产
7、生的高能粒子流对基片表面溅射清洗，并将洁净的基片表面保留到全过程；n离子镀比真空蒸镀的绕射性好；n离子镀过程中的带能粒子，不仅使膜层附着良好、分布均匀，并且使其质地致密，针孔少；应用1耐磨功能膜 n为提高刀具、模具或机械零件的使用寿命，可采用离子镀工艺镀上一层耐磨材料，如铬、钨、锆、钽、钛、铝、硅、硼等的氧化物、氮化物或碳化物，或多层膜如Ti+TiC。n实验表明，烧结碳化物刀具镀上TiC或TiN后，可提高刀具寿命210倍。高速钢刀具镀上TiC膜后，使用寿命提高38倍。不锈钢镀上TiC膜后，耐磨性为硬铬层的734倍。应用2润滑功能膜 n固体润滑膜有很多液体润滑无可比拟的优点，但用浸、喷、刷涂方法
8、成膜，所得膜层不均匀，附着力差。n用离子镀方法可以得到良好的附着润滑膜。n国外的一些航空工厂已在喷气发动机的轮毂，涡轮轴支承面和直升飞机旋翼轴的转动部件上，用离子镀成功地镀制了铬或银等固体润滑膜，既实现了无油润滑，又能防止腐蚀。应用3抗蚀功能膜 n离子镀所镀覆的抗蚀膜致密、均匀、附着良好。n英国道格拉斯公司对螺栓和螺帽用离子刷镀上28m厚的铝膜，能经受2100h的的盐雾试验。在与钛合金零件相连接的钢制品上，采用镀铝代替镀镉后，可避免钛合金零件产生的镉脆现象。n在原子能工业中，反应装置中的浓缩铀芯的保护层，以离子镀铝层代替电镀镍层，可防止高温下剥离。应用4耐热功能膜 n离子镀可以得到优质的耐热膜
9、，如钨、钼、钽、铌、铁、氧化铝等。用纯离子源离子镀在不锈钢表面镀上一层Al2O3，可提高基体在980介质中抗热循环和抗蚀能力。n在适当的基体上镀一层ADT-1合金（35%41%铬，10%12%铝、0.25%钇和少量镍），有良好的抗高温氧化和抗蚀性能，比氧化铝膜的寿命延长13倍，是钴、铬、铝、钇镀层寿命的l3倍。n这种膜可用作航空涡轮叶片型面、榫头和叶冠等部位的保护层。应用5装饰功能膜 由于离子镀所得到的TiC、TaN、TaC、ZrN、VN等膜层都具有与黄金相似的色泽，加上良好的耐磨性和耐蚀性，人们常将其作为装饰层。手表带、表壳、装饰品、餐具等金黄色镀膜装饰已进入市场。离子注入加工 n离子注入加
10、工既不从加工表面去除基体材料，也不在表面以外添加镀层，仅仅通过改变基体表面层的成份和组织结构，从而造成表面性能变化，以达到材料的使用要求。n离子注入是在110-4Pa的高真空室中进行的。n离子注入加工向工件表面直接注入离子，它不受热力学限制，不受合金系统平衡相图中固溶度的限制，含量可达10%40%，注入深度可达1m。应用 1半导体 n目前离子束加工在半导体方面的应用主要是离子注入，而且主要是在硅片中应用，用以取代热扩散进行掺杂。n硅器件方面的应用：器件器件工艺注入元素注入能量/（keV）注入剂量/（离子cm-2）电阻双极集成电路基区B6020010131015发射极As404001015101
11、6隐埋层As、Sb10040010151016I2L发射区P50010121013电阻B5020010131015肖特基二极管P、As、Pb10020010111013沟道切断环B20030010141015应用2化合物半导体 目前已用离子注入来制造发光器件，可以提高发光效率，例如可用来制造红外探测器。在光电集成电路中用注入H+或O2-形成高阻层来做电学和光学的隔离。应用3抗水溶液腐蚀 表面合金的抗蚀性比同成分的合金更好一些，所以向铁中注入铬、镍、铝等可以提高其抗蚀性，向奥氏体不锈钢中注入氩离子可增加其氧化膜的厚度。应用4抗高温氧化 n向钛合金中注入Ca2+、Ba2+可以提高其表面的抗氧化性能，向含铬的铁基和镍基合金中注入钇离子或稀土元素离子，可提高其表面的抗高温氧化性能。n另外，在低温下向钯中注入氢和氘离子，可提高超导转变温度，改善薄膜的超导特性。向工具钢、高速钢和硬质合金中注入氮、碳、硼、钼以及锡离子，可提高材料的耐磨性等力学性能。The end