1_第九章 电子束和离子束加工.ppt

03GDD9 主编 第九章电子束和离子束加工 第一节电子束加工第二节离子束加工 第一节电子束加工 一 电子束加工的基本原理和特点二 电子束加工设备三 电子束加工的应用 一 电子束加工的基本原理和特点 基本原理 特点 基本原理 图 电子束加工原理图 特点 由于电子束能够极其微细地聚焦 甚至能聚焦到 所以加工面积可以很小 是一种精密微细的加工方法 电子束能量密度很高 在极微小束斑上能达到 使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度 去除材料主要靠瞬时蒸发 是一种非接触式加工 由于电子束的能量密度高 而且能量利用率可达 以上 因而加工生产率很高 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 所以整个加工过程便于实现自动化 由于电子束加工在真空中进行 因而污染少 加工表面不氧化 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 电子束加工需要一套专用设备和真空系统 价格较贵 因而生产应用有一定局限性 图 电子束加工设备结构示意图 移动工作台 带窗真空室门窗 观察筒 抽气 电子枪 加速电压控制 束流强度控制板 束流聚焦控制 束流位置控制 更换工件用截止阀 电子束 工件 驱动电动机 抽气 二 电子束加工设备 二 电子束加工设备 图 电子枪 发射电子的阴极 控制栅极 加速阳极 工件 三 电子束加工的应用 图 电子束加工的应用范围 淬火硬化 熔炼 焊接 打孔 钻 切割 刻蚀 升华 塑料聚合 电子抗蚀剂 塑料打孔 三 电子束加工的应用 打孔 焊接 热处理 电子束曝光 打孔 图 电子束加工的喷丝头异型孔 焊接 电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺 当高能量密度的电子束轰击焊件表面时 使焊件接头处的金属熔融 在电子束连续不断地轰击下 形成一个被熔融金属环绕着的毛细管状的熔池 热处理 电子束热处理是把电子束作为热源 并适当控制电子束的功率密度 使金属表面加热而不熔化 达到热处理的目的 电子束热处理的加热速度和冷却速度都很高 在相变过程中 奥氏体化时间很短 只有几分之一秒乃至千分之一秒 奥氏体晶粒来不及长大 从而能获得一种超细晶粒组织 可使工件获得用常规热处理不能达到的硬度 电子束曝光 图 电子束曝光加工过程 电子束曝光 显影 蒸镀 离子刻蚀 去掉抗蚀剂 留下图形 电子束 电致抗蚀剂 基板 金属蒸汽 离子束 金属 第二节离子束加工 一 离子束加工的基本原理和特点二 离子束加工设备三 离子束加工的应用 一 离子束加工的基本原理和特点 基本原理 特点 基本原理 图 各类离子束加工示意图 离子刻蚀 溅射沉积 离子镀 离子注入 离子源 吸极 吸收电子 引出离子 离子束 工件 靶材 特点 加工精度高 易精确控制 污染少 加工应力 变形极小 加工精度高 易精确控制 离子束可以通过离子光学系统进行聚焦扫描 共聚焦光斑可达 以内 因而可以精确控制尺寸范围 离子束轰击材料是逐层去除原子 所以离子刻蚀可以达到毫微米 级的加工精度 离子镀膜可以控制在亚微米级精度 离子注入的深度和浓度也可极精确地控制 污染少 离子束加工在高真空中进行 污染少 特别适合于加工易氧化的金属 合金及半导体材料 加工应力 变形极小 离子束加工是一种原子级或分子级的微细加工 作为一种微观作用 其宏观压力很小 适合于各类材料的加工 而且加工表面质量高 二 离子束加工设备 离子束加工设备与电子束加工设备相似 包括离子源 真空系统 控制系统和电源等四个部分 但对于不同的用途 离子束加工设备有所不同 离子源又称离子枪 用以产生离子束流 其基本工作原理是将待电离气体注入电离室 然后使气态原子与电子发生碰撞而被电离 从而得到等离子体 等离子体是多种离子的集合体 其中有带电粒子和不带电粒子 在宏观上呈电中性 三 离子束加工的应用 离子束刻蚀加工 离子镀膜加工 离子注入加工 离子束刻蚀加工 离子镀膜加工 离子溅射镀膜 离子镀 离子溅射镀膜 离子溅射镀膜是基于离子溅射效应的一种镀膜工艺 不同的溅射技术所采用的放电方式是不同的 如直流二极溅射利用直流辉光放电 三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电 而磁控溅射则是利用环状磁场控制下的辉光放电 离子镀 图 空心阴极放电离子镀装置示意图 电子束 电子枪 空心阴极 基板台 基板 蒸发物 离子注入是将工件放在离子注入机的真空靶中 在几十至几百千伏的电压下 把所需元素