特种加工8 其他特种加工方法
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提高材料的耐腐蚀、抗氧化、耐 磨、硬度、润滑等性能
制造光波导
10
第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工
Chemical Machining (CHM)
利用酸、碱、盐等化学溶液对金属产生化学反应，使金属 溶解，改变工件的尺寸和形状，以及表面性能。
成形加工法： 1. 化学铣切（化学蚀刻） 2. 光化学腐蚀 表面加工法： 3. 化学抛光 4. 化学镀膜
密度、能量可精确控制，可达纳米级加工精度，
是特种加工方法中最精密、最微细的加工方法， 现代纳米加工技术基础。
真空下工作，对工件污染小，不会氧化
轰击材料表面原子的微观作用，宏观压力很小。
应力和热变形极小，加工质量高，可加工各种材料。
设备昂贵、成本高、加工效率低。
7
第8章 其他特种加工方法
↓ —— 真空条件下，加速聚焦 撞击到工件表面
↓ —— 高速运动的离子的动能 将工件表面的原子撞击出来
物理基础 —— 撞击效应、溅射效应、注入效应
与电子束的区别：
电子束——动能转化为热能 离子束——微观的机械撞击能
6
第8章 其他特种加工方法
8.1.2 离子束加工——2.特点
8.1 电子束和离子束加工
氮化钛、碳化钛膜，提高刀具耐 用度1~2倍
代替镀硬铬，可减少镀铬公害
9
第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——3.分类、应用
离子镀/离子溅射辅助沉积
同时轰击靶材和工件 增强结合力
离子注入
直接轰击工件，钻入工件
制造半导体器件，PN结
改变金属表面理化性能，注入互 不相容的杂质制得新的合金
应用：印刷工业的关键工艺； 机械加工难以解决的具有复杂图形的薄板； 金属表面上蚀刻图案、花纹。
8.1.1 电子束加工——2.应用
高速打孔
微细——最小直径3µm； 高速——0.1mm厚不锈钢，Ø0.2mm，3000个/秒； 深度——深径比大于10:1；
加工型孔和特殊表面(弯孔和曲面)
刻蚀(电子器件的硅片上刻槽、铜制印刷滚筒上刻槽)
焊接
难熔金属(钽、铌、钼)，活泼金属(钛、锆、铀)， 很薄、很厚(几百毫米)，异种金属(铜-不锈钢、钢-硬质合金)
应用： 较大工件的金属表面厚度减薄； 厚度小于1.5mm的薄壁零件上加工复杂的型孔。
主要工序： 涂保护层、刻形、腐蚀。
表 面 预 处 理
涂 保 护 层
固 化
刻 形
腐 蚀
清 洗
去 保 护 层
化学蚀刻工艺过程
13
第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工 — 2. 光化学腐蚀
8.2 化学加工
简称光化学加工，Optical Chemical Machining，OCM。
热处理
加热、冷却速度很高，可获得常规不能达到的硬度； 加热后表面熔化加入其他元素，获得更好的物理力学性能。
光刻
使电致抗蚀剂曝光， 可见光波长>0.4µm，线条难以小于1µm，电子束可达0.25µm。
5
第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——1.原理
原理： 离子源产生的离子束
3
第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.1 电子束加工——1.原理和特点
原理： ↓ —— 真空条件下，聚焦
能量密度极高的电子束， ↓ —— 极高的速度
冲击到工件表面极小的面积上， ↓ —— 在极短的时间内，
能量的大部分转变为热能，
↓ 被Байду номын сангаас击部分的工件材料熔化和气化，被真空系统抽走。
特点：1. 极其微细聚焦，可达0.1μm，精密加工方法
2. 能量密度很高，材料瞬时蒸发去除 3. 加工效率高 4. 磁场或电场直接控制强度、位置、聚焦。便于自动化 5. 在真空条件下工作，对工件污染小，不会氧化 6. 需专用设备和真空系统，价格较贵。
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第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——3.分类、应用
离子刻蚀/离子铣削
原子逐个剥离，原子尺度的切削 近代发展的毫微米工艺
加工陀螺仪空气轴承和动压马达 上的沟槽；
加工非球面透镜能达到其他方法 不能达到的精度
高精度的图形(集成电路、光电 器件等亚微米图形)
集成光路中的光栅和波导
玻璃光滑、玻璃偏光、太阳能电 池非反射纹理表面
11
第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工 — 1. 化学蚀刻——加工原理
非加工表面 ——用耐腐蚀涂层保护，
待加工表面 ——露出来浸入到化学溶 液中进行腐蚀，
使金属按特定的部位溶解 去除。
12
第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工 — 1. 化学蚀刻——工艺过程
致薄材料(传感器探头、表面分 析样品10nm)
8
第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——3.分类、应用
离子溅射沉积
靶材原子击出，沉积到工件上 是一种镀膜工艺
润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨 膜、装饰膜、电气膜
氮化钛膜，颜色与18K金相似， 耐磨、耐蚀性优于金，价格1/60
8.1 电子束和离子束加工
电子束加工 —— Electron Beam Machining (EBM) 离子束加工 —— Ion Beam Machining (IBM)
应用：在精密微细加工，尤其在微电子学领域 电子束加工：打孔、焊接、光刻 离子束加工：离子刻蚀、离子镀膜、离子注入
特种加工—第8章 其他特种加工方法
第8章其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.2 化学加工
8.3 等离子体加工 8.4 挤压珩磨 8.5 水射流切割 8.6 磁性磨料研磨加工和磁性磨料电解研磨加工 8.7 铝合金微弧氧化表面陶瓷化处理技术
2
第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
是光学照相制版和光刻（化学腐蚀）相结合的一种精密微 细加工方法。
与化学蚀刻的主要区别： 用照相感光来确定工件表面要蚀除的图形、线条，而不是 靠样板人工刻形、划线。
14
第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工 — 2. 光化学腐蚀 —— 照相制版
原理：图像摄影到底片上 经光学反应 将图像复制到涂 有感光胶的铜板或锌板上 再经坚膜固化 使感光 胶具有抗蚀能力 化学腐蚀得到所需图形的金属板
制造光波导
10
第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工
Chemical Machining (CHM)
利用酸、碱、盐等化学溶液对金属产生化学反应，使金属 溶解，改变工件的尺寸和形状，以及表面性能。
成形加工法： 1. 化学铣切（化学蚀刻） 2. 光化学腐蚀 表面加工法： 3. 化学抛光 4. 化学镀膜
密度、能量可精确控制，可达纳米级加工精度，
是特种加工方法中最精密、最微细的加工方法， 现代纳米加工技术基础。
真空下工作，对工件污染小，不会氧化
轰击材料表面原子的微观作用，宏观压力很小。
应力和热变形极小，加工质量高，可加工各种材料。
设备昂贵、成本高、加工效率低。
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第8章 其他特种加工方法
↓ —— 真空条件下，加速聚焦 撞击到工件表面
↓ —— 高速运动的离子的动能 将工件表面的原子撞击出来
物理基础 —— 撞击效应、溅射效应、注入效应
与电子束的区别：
电子束——动能转化为热能 离子束——微观的机械撞击能
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第8章 其他特种加工方法
8.1.2 离子束加工——2.特点
8.1 电子束和离子束加工
氮化钛、碳化钛膜，提高刀具耐 用度1~2倍
代替镀硬铬，可减少镀铬公害
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第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——3.分类、应用
离子镀/离子溅射辅助沉积
同时轰击靶材和工件 增强结合力
离子注入
直接轰击工件，钻入工件
制造半导体器件，PN结
改变金属表面理化性能，注入互 不相容的杂质制得新的合金
应用：印刷工业的关键工艺； 机械加工难以解决的具有复杂图形的薄板； 金属表面上蚀刻图案、花纹。
8.1.1 电子束加工——2.应用
高速打孔
微细——最小直径3µm； 高速——0.1mm厚不锈钢，Ø0.2mm，3000个/秒； 深度——深径比大于10:1；
加工型孔和特殊表面(弯孔和曲面)
刻蚀(电子器件的硅片上刻槽、铜制印刷滚筒上刻槽)
焊接
难熔金属(钽、铌、钼)，活泼金属(钛、锆、铀)， 很薄、很厚(几百毫米)，异种金属(铜-不锈钢、钢-硬质合金)
应用： 较大工件的金属表面厚度减薄； 厚度小于1.5mm的薄壁零件上加工复杂的型孔。
主要工序： 涂保护层、刻形、腐蚀。
表 面 预 处 理
涂 保 护 层
固 化
刻 形
腐 蚀
清 洗
去 保 护 层
化学蚀刻工艺过程
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第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工 — 2. 光化学腐蚀
8.2 化学加工
简称光化学加工，Optical Chemical Machining，OCM。
热处理
加热、冷却速度很高，可获得常规不能达到的硬度； 加热后表面熔化加入其他元素，获得更好的物理力学性能。
光刻
使电致抗蚀剂曝光， 可见光波长>0.4µm，线条难以小于1µm，电子束可达0.25µm。
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第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——1.原理
原理： 离子源产生的离子束
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第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.1 电子束加工——1.原理和特点
原理： ↓ —— 真空条件下，聚焦
能量密度极高的电子束， ↓ —— 极高的速度
冲击到工件表面极小的面积上， ↓ —— 在极短的时间内，
能量的大部分转变为热能，
↓ 被Байду номын сангаас击部分的工件材料熔化和气化，被真空系统抽走。
特点：1. 极其微细聚焦，可达0.1μm，精密加工方法
2. 能量密度很高，材料瞬时蒸发去除 3. 加工效率高 4. 磁场或电场直接控制强度、位置、聚焦。便于自动化 5. 在真空条件下工作，对工件污染小，不会氧化 6. 需专用设备和真空系统，价格较贵。
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第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——3.分类、应用
离子刻蚀/离子铣削
原子逐个剥离，原子尺度的切削 近代发展的毫微米工艺
加工陀螺仪空气轴承和动压马达 上的沟槽；
加工非球面透镜能达到其他方法 不能达到的精度
高精度的图形(集成电路、光电 器件等亚微米图形)
集成光路中的光栅和波导
玻璃光滑、玻璃偏光、太阳能电 池非反射纹理表面
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第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工 — 1. 化学蚀刻——加工原理
非加工表面 ——用耐腐蚀涂层保护，
待加工表面 ——露出来浸入到化学溶 液中进行腐蚀，
使金属按特定的部位溶解 去除。
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第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工 — 1. 化学蚀刻——工艺过程
致薄材料(传感器探头、表面分 析样品10nm)
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第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.1.2 离子束加工——3.分类、应用
离子溅射沉积
靶材原子击出，沉积到工件上 是一种镀膜工艺
润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨 膜、装饰膜、电气膜
氮化钛膜，颜色与18K金相似， 耐磨、耐蚀性优于金，价格1/60
8.1 电子束和离子束加工
电子束加工 —— Electron Beam Machining (EBM) 离子束加工 —— Ion Beam Machining (IBM)
应用：在精密微细加工，尤其在微电子学领域 电子束加工：打孔、焊接、光刻 离子束加工：离子刻蚀、离子镀膜、离子注入
特种加工—第8章 其他特种加工方法
第8章其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
8.2 化学加工
8.3 等离子体加工 8.4 挤压珩磨 8.5 水射流切割 8.6 磁性磨料研磨加工和磁性磨料电解研磨加工 8.7 铝合金微弧氧化表面陶瓷化处理技术
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第8章 其他特种加工方法
8.1 电子束和离子束加工
是光学照相制版和光刻（化学腐蚀）相结合的一种精密微 细加工方法。
与化学蚀刻的主要区别： 用照相感光来确定工件表面要蚀除的图形、线条，而不是 靠样板人工刻形、划线。
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第8章 其他特种加工方法
8.2 化学加工
8.2 化学加工 — 2. 光化学腐蚀 —— 照相制版
原理：图像摄影到底片上 经光学反应 将图像复制到涂 有感光胶的铜板或锌板上 再经坚膜固化 使感光 胶具有抗蚀能力 化学腐蚀得到所需图形的金属板