电子束与离子束加工43页PPT
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第6章 电子束和离子束加工
特种加工技术
二、电子束加工装臵
电子枪
电子发射阴极、控制 栅极和加速阳极等；
真空系统 控制系统
电磁透镜、偏转线圈、 工作台系统
电源系统 辅助装臵
特种加工技术
电子枪
用途：
钨丝
发射高速电子流 电子束的预聚焦 电子束的强度控制
小功率
大功率
组成
电子发射阴极（纯钨或纯钽） 控制栅极 加速阳极
非热型（化学效应）
利用电子束的化学效应进行刻蚀
刻蚀
特种加工技术
功率密度对加工模式的影响
a) 低密度 b) 中低密度 c) 高密度
表面改性
电子束焊接
电子束打孔、切槽
特种加工技术
电子束加工的应用范围
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
特种加工技术
（1）高速打孔
特点
能打各种孔（最小φ3μm ）
生产效率高
可加工各种材料
实际应用
打400孔；3mm厚时，φ1mm的锥形孔，每秒可打20孔。）
可加工斜孔。 可以加工各种直的型孔和型面，也可以加工弯孔和曲面。
特种加工技术
电子束加工曲面
电子束在磁场中运动，由于受到电磁力，其轨迹会发生偏转。 如果在磁场中对工件加工，则可切割出曲面。
特种加工技术
电子束加工弯槽
电子束在磁场中运动，由于受到电磁力，其轨迹会发生偏转。 如果在磁场中对工件中部进行切割时，则可加工出弯槽。
特种加工技术
电子束加工分类
通过控制电子束能量密度的大小和能量注入时 间，就可以达到不同的加工目的。 电子束打孔、切割等加工：高电子束能能量密度， 使材料融化和气化，就可以进行； 电子束焊接：使材料局部融化就可以进行； 电子束热处理：只使材料局部加热就可以进行； 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。
电子束与离子束加工
阴极射线管(CRT)
–组成 –包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏
–工作原理 –电子枪发射电子束 –经过聚焦系统、加速电极、偏转系统 –轰击到荧光屏的不同部位 –被其内表面的荧光物质吸收 –发光产生可见的图形
–结构
电子枪
电灯丝的组成 – 阴极 • 由灯丝加热发出电子束 – 控制栅 • 加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带负电的 电子束的强弱 • 通过调节负电压高低来控制电子数量 • 即控制荧光屏上相应点的亮度
4. 离子束曝光 ◎用在大规模集成电路制作中，与电子束相比有更高的灵 敏度和分辨率。
离子束溅射
在真空条件下，将氩（Ar）、氪（Kr）、氖（Xe）等惰 性气体，通过离子源电离形成带有 10 keV 数量级动能的惰 性气体离子，并形成离子束，在电场中加速，经集束、 聚焦 后，射到被加工表面上。对加工表面进行轰击，这种方法称之 为“溅射”。
◎离子束溅射去除加工可加工金属和非金属材料。
2. 离子束溅射镀膜加工
◎用加速的离子从靶材上 打出原子或分子，并将这
真空 离子束源
工件
些原子或分子附着到工件
上，形成“镀膜”。又被
称为“干式镀”（图）
◎溅射镀膜可镀金属，也 可镀非金属。
◎由于溅射出来的原子和 分子有相当大的动能，故 镀膜附着力极强（与蒸镀、 电镀相比）。
二、离子束加工装置
离子束加工装置由离子源系统、真空系统、控制系统和电 源组成， 如下页图所示。 离子源又称离子枪，其工作原理是 将气态原子注入离子室，经高频放电、电弧放电、等离子体放 电或电子轰击等方法被电离成等离子体，并在电场作用下使离 子从离子源出口孔引出而成为离子束。
如图所示为双等离子体离子束加工的基本原理图， 首先利用 阴极与阳极之间的低气压直流电弧放电， 将氩、氪、氖等惰性 气体在阳极小孔以上的低真空（1.3 Pa）中离子化。
电子束、离子束加工
0.03～0.07 mm
图2 电子束加工的异形
2）加工型孔及特殊表面
3 3
1
3 3
1— 2— 3—
2(a)(b)源自(c)(d)1—工件； 2—工件运动方向； 3—电子束
图3 电子束加工曲面、穿孔
2
)
3）刻蚀 (b) (c) (d) 在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，可利 用电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔。如 在硅片上刻出宽2.5μm，深0.25μm的细槽，在混合电路 电阻的金属镀层上刻出40μm宽的线条。电子束刻蚀还可 用于刻板，在铜制印刷滚筒上按色调深浅刻出许多大小与 深浅不一样的沟槽或凹坑，其直径为70～120μm，深度为 5～40μm，小坑代表浅色，大坑代表深色。
第六节
电子束、离子束加工
1.1 电子束加工 1. 加工原理 电子束加工是 利用高速电子的冲 击动能来加工工件 的，如图1所示。 在真空条件下，将 具有很高速度和能 量的电子束聚焦到 被加工材料上，电 子的动能绝大部分 转变为热能，使材 料局部瞬时熔融、 汽化蒸发而去除。
电子枪系统
聚焦系统
抽真 空系 统
4）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，如果焊件按一定速度沿着 焊件接缝与电子束作相对移动，则接缝上的熔池由于电子 束的离开而重新凝固，使焊件的整个接缝形成一条焊缝。 由于电子束的能量密度高，焊接速度快，所以电子束 焊接的焊缝深而窄，焊件热影响区小，变形小。 5）热处理 电子束热处理也是把电子束作为热源，但适当控制电 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， 硬化深度可达0.3～0.8mm。
第七章 电子束和离子束加工.ppt
电子束加工的另一种是利用电子束流的非热效应。功率 密度较小的电子束流和电子胶相互作用，电能转化为化学 能，产生辐射化学或物理效应，使电子胶的分子链被切断 或重新组合而形成分子量的变化以实现电子束曝光。采用 这种方法，可以实现材料表面微槽或其他几何形状的刻蚀
加工。
大型集成电路制造
由制造运动平台的 极高准确度保证 • 特征线宽: 100 nm • 对准精度：15 nm • 定位精度：2 nm • 刻蚀深度：0.5μm
成分纯净，焊接接头的强度往往高于母材。
电子束可焊接的材料范围很广，除了适合于普通的碳钢、合金钢、不锈钢外， 更有利于焊接高熔点金属（如钽、钼、钨、钛等及其合金）和活泼金属（如锆、 钛、铌等），还可焊接异种金属材料、半导体材料以及陶瓷和石英材料等，例如 铜和不锈钢的焊接，钢和硬质合金的焊接等。
由于电子束焊接对焊件的热影响小、变形小，可以在工件精加工后进行焊接。 又由于它能够实现不同种类金属的焊接，有可能将复杂的工件分成几个零件。这 些零件可以单独地使用最合适的材料，采用合适的方法来加工制造，最后利用电 子束焊接成一个完整的零部件，从而可以获得理想的使用性能和显著的经济效益。
离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生 的撞击效应、溅射效应和注入效应。具有一定动能的离子 斜射到工件材料（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。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。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膜。 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，这就是离子的注入效应。
在人造革、塑料上用电子束打大量微孔，可 使其具有如真皮革那样的透气性，而且电子束打 孔成本比天然革成本低，可替代天然革。加工时， 用一组钨杆将电子枪产生的单个电子束分割为200 条并行细束，使其在一个脉冲内同时加工出200个 孔，效率非常高。现在生产上已出现了专用塑料 打孔机，其速度可达每秒50000个孔，孔径120～ 4Om可调。
电子束和离子束加工
第六章电子束和离子束加工电子束加工(Electron Beam Machining简称EBM)和离子束加工(Ion Beam Machining简称IBM)是近年来得到较大发展的新兴特种加工。
它们在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。
电子束加工主要用于打孔、焊接等热加工和电子束光刻化学加工。
离子束加工则主要用于离子刻蚀、离子镀膜和离子注入等加工。
近期发展起来的亚微米加工和毫微米(纳米)加工技术，主要是用电子束加工和离子束加工。
第一节电子束加工一、电子束加工的原理和特点(一)电子束加工的原理如图6-1所示，电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高(106~109W／cm2)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，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。
控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。
如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化就可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可进行打孔、切割等加工；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。
(二)电子束加工的特点1)由于电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到0．1µm。
所以加工面积可以很小，是一种精密微细的加工方法。
2)电子束能量密度很高，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。
工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形，加工材料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。
3)电子束的能量密度高，因而加工生产率很高，例如，每秒钟可以在2。
5mm厚的钢板上钻50个直径为0.4mm的孔。
4)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。
电子束和离子束加工
电子束和离子束加工1 电子束加工•一. 电子束加工原理和特点•（一）加工原理•电子束加工是利用高速电子的冲击动能来加工工件的，如图6-1所示。
在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。
•控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。
如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化就可以进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可进行打孔、切割等加工；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。
•（二）电子束加工特点•(1)可进行微细加工。
•(2)非接触式加工。
•(3)电子束的能量密度高，加工效率高。
•（4）整个加工过程便于实现自动化。
•(5)加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。
•（6）电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵。
•二. 电子束加工装置电子束加工装置的基本结构如图所示，它主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。
（一）电子枪电子枪是获得电子束的装置。
阴极经电流加热发射电子，带负电荷的电子高速飞向带高电位的阳极，在飞向阳极的过程中，经过加速电极加速，又通过电磁透镜把电子束聚焦成很小的束斑。
•（二）．真空系统•只有在高真空中，电子才能高速运动，此外，加工时的金属蒸汽会影响电子发射，产生不稳定现象。
因此，需要不B9f地把加工中生产的金属蒸汽抽出去。
抽真空时，先用机械旋转泵把真空室抽至1.4一0.14Pa，然后由油扩散泵或祸轮分子泵抽至0.014—0.00014Pa的高真空度。
•（三）．控制系统和电源•电子束加工装置的控制系统包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。
•工作台位移控制是为了在加工过程中控制工作台的位置。
•三.电子束加工的应用•（一）高速打孔•电子束打孔已在生产中实际应用，目前最小直径可达0.003mm左右。
第7章 电子束和离子束加工
1-发射阴极 2-控制栅极 3-加速 阳极 4-聚焦系统 5-电子束斑点 6-工件 7-工作台
3
7.1.1电子束加工的原理及特点
1）高功率密度
属非接触式加工，工件不 受机械力作用，很少产生宏观应力变形， 同时也不存在工具损耗问题。 2）电子束强度、位置、聚焦可精确控制，， 电子束通过磁场和电场可在工件上以任何 速度行进，便于自动化控制。 3）环境污染少 适合加工纯度要求很高的 半导体材料及易氧化的金属材料。
14
2）离子溅射沉积
采用能量为0.1～5keV的氩离子轰击某种材料
制成的靶材，将靶材原子击出并令其沉积到 工件表面上并形成一层薄膜。 实际上此法为一种镀膜工艺。
15
16
3）离子镀膜
离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉 积，另一方面还有高速中性粒子打击工件表面以增 强镀层与基材之间的结合力（可达10～20MPa）， 此法适应性强、膜层均匀致密、韧性好、沉积速度 快，目前已获得广泛应用。
17
18
4）离子注入
用5～500keV能量的离子束，直接轰击工件表面，由于离子 能量相当大，可使离子钻进被加工工件材料表面层，改变其 表面层的化学成分，从而改变工件表面层的机械物理性能。 此法不受温度及注入何种元素及粒量限制，可根据不同需求 注入不同离子（如磷、氮、碳等）。 注入表面元素的均匀性好，纯度高，其注入的粒量及深度可 控制，但设备费用大、成本高、生产率较低。
电子束光刻系统
电子束制版机
电子束曝光系统
8
4）其它应用
用计算机控制，对陶瓷、半导体或金属材 料进行电子刻蚀加工；异种金属焊接；电 子束热处理等。
电子束离子束激光束加工
离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生 的撞击效应、溅射效应和注入效应。离子束加工可分为四类。
1) 离子刻蚀 离子轰击工件，将工件表面的原子逐个剥离，又称离子 铣削，其实质是一种原子尺度的切削加工。 2) 离子溅射沉积 离子轰击靶材，将靶材原子击出，沉积在靶材附近的 工件上，使工件表面镀上一层薄膜。 3) 离子镀(又称离子溅射辅助沉积) 离子同时轰击靶材和工件表面，目的是为了增强膜材与 工件基材之间的结合力。
1.2 离子束加工 1．加工原理 离子束加工也是一种新兴的特种加工，它的加工原理
与电子束加工原理基本类似，也是在真空条件下，将离 子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的 加工部位以实现加工的。所不同的是离子带正电荷，其 质量比电子大数千倍乃至数万倍，故在电场中加速较慢， 但一旦加至较高速度，就比电子束具有更大的撞击动能。 离子束加工是靠微观机械撞击能量转化为热能进行的。
3. 激光加工的应用 1) 激光打孔 随着近代工业技术的发展，硬度大、熔点高的材 料应用越来越多，并且常常要求在这些材料上打出又 小又深的孔，例如，钟表或仪表的宝石轴承，钻石拉 丝模具，化学纤维的喷丝头以及火箭或柴油发动机中 的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规的机械加工方 法很困难，有的甚至是不可能的，而用激光打孔，则 能比较好地完成任务。
激光束 光束准直 振镜 Y轴 马 达 透镜
图3 振镜式激光打标原理
激光打标的特点是非接触加工，可在任何异型表 面标刻，工件不会变形和产生内应力，适于金属、塑 料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等各种材料；标记清晰、 永久、美观，并能有效防伪；标刻速度快，运行成本 低，无污染，可显著提高被标刻产品的档次。
离子注入可提高材料的耐腐蚀性能，改善金属材 料的耐磨性能，提高金属材料的硬度，改善金属材料 的润滑性能等。
电子束离子束激光束加工
耐用度。
•
3)离子注入加工
•
离子注入加工是将所要注入的元
打孔还能加工小深孔，如在叶片上打深
度5mm、直径Ø0.4mm的孔，孔的深径 比大于10：1。
•
2）加工型孔及特殊表面
•
0.03～ 0.07 mm
图2 电子束加工的异形孔
3
1
2
(a)
(b)
3
1—工 件 ； 2—工 件 运 动 方 向 ； 3—电 子 束
(c)
(d)
图3 电子束加工曲面、穿孔
•
3）刻蚀
使焊件的整个接缝形成一条焊缝。
•
5）热处理
•
电子束热处理也是把电子束作为
热源，但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
电子束、离子束和激光束加工
• 1.1 电子束加工
•
1. 加工原理
•
电子束加工是利用高速电子的冲
击动能来加工工件的，如图1所示。在真
空条件下，将具有很高速度和能量的电
子束聚焦到被加工材料上，电子的动能
绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时
熔融、汽化蒸发而去除。
电子枪系统
聚焦系统
抽真 空系
统
电源 及控 制系
•
在微电子器件生产中，为了制造
多层固体组件，可利用电子束对陶瓷或
半导体材料刻出许多微细沟槽和孔。如
在硅片上刻出宽2.5μm，深0.25μm的细
先进制造技术6电子束和离子束加工PPT课件
真空系统是为了保证在电子束加工时维持1.33 × 10-2 ~ 1.33 × 10-4 Pa的真空度。因为只有在高真空中， 电子才能高速运动。此外，加工时的金属蒸汽会影响电 子发射，产生不稳定现象，因此，也需要不断地把加工 中产生的金属蒸汽抽出去。
（三）控制系统和电源
电子束加工装置的控制系统包括束流聚焦控制、束流位 置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。
加工特点 度比正常热处理高，晶粒细小、 处理，可提高高温疲劳强
表面的硬度比正常热处理高。
度约45％
16
四、电子束加工的应用
（六）电子束光刻
电子束光刻是先利用低功率密度的电子束照射称为电致 抗蚀剂的高分子材料，由入射电子与高分子相碰撞，使 分子的链被切断或重新聚合而引起分子量的变化，称为 电子束曝光。如果按规定图形进行电子束曝光，会在电 致抗蚀剂中留下潜像；
3. 电子束的能量密度高，因而加工生产率很高
每秒可在2.5 mm厚钢板上钻50个直径为0.4 mm的孔。
3
二、电子束加工的特点
4. 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。
5. 在真空中进行，污染少
加工表面不氧化，适用于易氧化的金属及合金材料，以 及高纯度的半导体材料。
9
四、电子束加工的应用
冲材 击料 开表 始面 熔受 化到 ，电 气子 化束
电子束打到材料表面
继 续 受 到 电 子 束 作 用
电子束贯穿材料
电子束打到材料内部 随 材 着料 蒸气 汽化 溢形 出成 ，气 形泡 成， 空破 穴裂 后
吹，的电 出将辅子 ，空助束 完穴材冲 成周料击 打围，到 孔熔产工 过化生件 程材喷下
然后将曝光后的潜像浸入适当的溶剂中，则由于分子量 不同而溶解度不一样，就会使潜像显影出来；
（三）控制系统和电源
电子束加工装置的控制系统包括束流聚焦控制、束流位 置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。
加工特点 度比正常热处理高，晶粒细小、 处理，可提高高温疲劳强
表面的硬度比正常热处理高。
度约45％
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四、电子束加工的应用
（六）电子束光刻
电子束光刻是先利用低功率密度的电子束照射称为电致 抗蚀剂的高分子材料，由入射电子与高分子相碰撞，使 分子的链被切断或重新聚合而引起分子量的变化，称为 电子束曝光。如果按规定图形进行电子束曝光，会在电 致抗蚀剂中留下潜像；
3. 电子束的能量密度高，因而加工生产率很高
每秒可在2.5 mm厚钢板上钻50个直径为0.4 mm的孔。
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二、电子束加工的特点
4. 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。
5. 在真空中进行，污染少
加工表面不氧化，适用于易氧化的金属及合金材料，以 及高纯度的半导体材料。
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四、电子束加工的应用
冲材 击料 开表 始面 熔受 化到 ，电 气子 化束
电子束打到材料表面
继 续 受 到 电 子 束 作 用
电子束贯穿材料
电子束打到材料内部 随 材 着料 蒸气 汽化 溢形 出成 ，气 形泡 成， 空破 穴裂 后
吹，的电 出将辅子 ，空助束 完穴材冲 成周料击 打围，到 孔熔产工 过化生件 程材喷下
然后将曝光后的潜像浸入适当的溶剂中，则由于分子量 不同而溶解度不一样，就会使潜像显影出来；
离子束加工PPT课件
子发射，产生不稳定现象。因此，需要不B9f地把加工中生产的金属蒸汽抽 出去。 抽真空时，先用机械旋转泵把真空室抽至1.4一0.14Pa，然后由 油扩散泵或祸轮分子泵抽至0.014—0.00014Pa的高真空度。 • （三）．控制系统和电源 • 电子束加工装置的控制系统包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强 度控制以及工作台位移控制等。 • 工作台位移控制是为了在加工过程中控制工作台的位置。
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3）离子镀膜
• 离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉积，另一方面还 有高速中性粒子打击工件表面以增强镀层与基材之间的结合力（可 达10～20MPa），
• 此法适应性强、膜层均匀致密、韧性好、沉积速度快，目前已获得 广泛应用。
第18页/共25页
4）离子注入
• 用5～500keV能量的离子束，直接轰击工件表面，由于离子能量相当大， 可使离子钻进被加工工件材料表面层，改变其表面层的化学成分，从而改 变工件表面层的机械物理性能。
• 包括离子源、真空系统、控制系统和电源等部分。 • 离子源产生离子束流。形式多样，常有考夫曼型离子源和双等离子管型离
子源。
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• 三、离子束加工的应用 • （一）刻蚀加工 • 离子刻蚀是从工件上去除材料，
是一个撞击溅射的过程。当离子 束轰击工件时，入射离子的动量 传递到工件表面的原子，当传递 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， 达到刻蚀目的。
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• 三.电子束加工的应用
• （一）高速打孔
•
电子束打孔已在生产中实际应用，目前最小直径可达0.003mm左右。例
如喷气发动机套上的冷却孔，机翼上的孔，不仅孔的密度可以连续变化，孔数达数
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3）离子镀膜
• 离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉积，另一方面还 有高速中性粒子打击工件表面以增强镀层与基材之间的结合力（可 达10～20MPa），
• 此法适应性强、膜层均匀致密、韧性好、沉积速度快，目前已获得 广泛应用。
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4）离子注入
• 用5～500keV能量的离子束，直接轰击工件表面，由于离子能量相当大， 可使离子钻进被加工工件材料表面层，改变其表面层的化学成分，从而改 变工件表面层的机械物理性能。
• 包括离子源、真空系统、控制系统和电源等部分。 • 离子源产生离子束流。形式多样，常有考夫曼型离子源和双等离子管型离
子源。
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• 三、离子束加工的应用 • （一）刻蚀加工 • 离子刻蚀是从工件上去除材料，
是一个撞击溅射的过程。当离子 束轰击工件时，入射离子的动量 传递到工件表面的原子，当传递 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， 达到刻蚀目的。
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• 三.电子束加工的应用
• （一）高速打孔
•
电子束打孔已在生产中实际应用，目前最小直径可达0.003mm左右。例
如喷气发动机套上的冷却孔，机翼上的孔，不仅孔的密度可以连续变化，孔数达数
电子束和离子束加工PPT课件
化 5、电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价
格较贵，故在生产中受到一定程度的限制
6
四、电子束加工的应用
7
1、电子束打孔 能加工各种孔，包括异形孔、斜孔、锥孔
和弯孔。
8
2、电子束切割 可对各种材料进行切割，切口宽度仅有
3~6µm 利用电子束再配合工件的相对运动，可加
工所需要的曲面
1
控制电子束能量密度的大小和能量注入时 间，就可以达到不同的加工目的
只使材料局部加热就可进行电子束热处理 使材料局部熔化可以进行电子束焊接 提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，
就可以进行打孔、切割等加工 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，可进行电子束光刻加 工
2
二、加工装置 电子束加工装置主要由以下几部分组成 1、电子枪——获得电子束的装置 电子发射阴极——用钨或钽制成，在加热
第一节 电子束加工
一、电子束加工的基本原理 在真空条件下，利用电子枪中
产生的电子经加速、聚焦后能量 密度为106~109w/cm3的极细束流 高速冲击到工件表面上极小的部 位，并在几分之一微秒时间内， 其能量大部分转换成热能，使工 件被冲击部位的材料达到几千摄 氏度，致使材料局部熔化或蒸发， 来去除材料
状态下发射电子 控制栅极——既控制电子束的强弱，又有
初步的聚焦作用 加速阳极——通常接地，由于阴极为很高
的负压，所以能驱使电子加速
3
4
2、真空系统 保证电子加工时所需要的真空度。
3、控制系统和电源 控制系统包括束流聚焦控制、束流位置控制、束 流强度控制以及工作台位移控制
1）束流聚焦控制：提高电子束的能量密度，它决定 加工点的孔径或缝宽
9
格较贵，故在生产中受到一定程度的限制
6
四、电子束加工的应用
7
1、电子束打孔 能加工各种孔，包括异形孔、斜孔、锥孔
和弯孔。
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2、电子束切割 可对各种材料进行切割，切口宽度仅有
3~6µm 利用电子束再配合工件的相对运动，可加
工所需要的曲面
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控制电子束能量密度的大小和能量注入时 间，就可以达到不同的加工目的
只使材料局部加热就可进行电子束热处理 使材料局部熔化可以进行电子束焊接 提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，
就可以进行打孔、切割等加工 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，可进行电子束光刻加 工
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二、加工装置 电子束加工装置主要由以下几部分组成 1、电子枪——获得电子束的装置 电子发射阴极——用钨或钽制成，在加热
第一节 电子束加工
一、电子束加工的基本原理 在真空条件下，利用电子枪中
产生的电子经加速、聚焦后能量 密度为106~109w/cm3的极细束流 高速冲击到工件表面上极小的部 位，并在几分之一微秒时间内， 其能量大部分转换成热能，使工 件被冲击部位的材料达到几千摄 氏度，致使材料局部熔化或蒸发， 来去除材料
状态下发射电子 控制栅极——既控制电子束的强弱，又有
初步的聚焦作用 加速阳极——通常接地，由于阴极为很高
的负压，所以能驱使电子加速
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2、真空系统 保证电子加工时所需要的真空度。
3、控制系统和电源 控制系统包括束流聚焦控制、束流位置控制、束 流强度控制以及工作台位移控制
1）束流聚焦控制：提高电子束的能量密度，它决定 加工点的孔径或缝宽
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第六章-电子束和离子束加工-特种加工课件
（电磁偏转）、束流强度控制、工作台位移控 制（适合大面积加工）。
电源
电子束加工对电源电压稳定性要求较高，需要 稳压设备。
§6.1.2 电子束加工装臵
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
电磁透镜的聚焦作用
电子束在前进过程中切割电磁 线圈产生的径向磁场而产生圆 周运动； 电子束在圆周运动时切割电磁 线圈产生的轴向磁场而产生径 向（向心）运动； 电子的合成运动为半径越来越 小的空间螺旋线
然后用其它离子轰击镀层，使镀层元素反冲到
基体中去 ）。
2 溅射沉积（镀膜）
0.5~5KeV
§6.2.1 离子束加工的原理、分类和特点
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
3 离子镀
镀膜前，离子束对基体表 面轰击清洗掉污垢和氧化物， 提高其附着力。 镀膜刚开始，溅射出来的 基体原子与空气中的靶材原 子、离子相撞击而返回工件 表面，形成混合过渡膜层， 增强了基材与膜材的结合力。
§6.1.3 电子束加工的应用
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
加工型孔和特殊表面
异型孔
人造纤维喷丝头异型孔
窄缝宽度0.03~0.07mm，轮廓0.8mm
曲面、弯孔
§6.1.3 电子束加工的应用
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
抗蚀功能膜（致密，均匀，附着良好的抗蚀膜） 耐热功能膜
装饰功能膜
§6.2.3 离子束加工的应用
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
电源
电子束加工对电源电压稳定性要求较高，需要 稳压设备。
§6.1.2 电子束加工装臵
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
电磁透镜的聚焦作用
电子束在前进过程中切割电磁 线圈产生的径向磁场而产生圆 周运动； 电子束在圆周运动时切割电磁 线圈产生的轴向磁场而产生径 向（向心）运动； 电子的合成运动为半径越来越 小的空间螺旋线
然后用其它离子轰击镀层，使镀层元素反冲到
基体中去 ）。
2 溅射沉积（镀膜）
0.5~5KeV
§6.2.1 离子束加工的原理、分类和特点
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
3 离子镀
镀膜前，离子束对基体表 面轰击清洗掉污垢和氧化物， 提高其附着力。 镀膜刚开始，溅射出来的 基体原子与空气中的靶材原 子、离子相撞击而返回工件 表面，形成混合过渡膜层， 增强了基材与膜材的结合力。
§6.1.3 电子束加工的应用
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
加工型孔和特殊表面
异型孔
人造纤维喷丝头异型孔
窄缝宽度0.03~0.07mm，轮廓0.8mm
曲面、弯孔
§6.1.3 电子束加工的应用
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.
抗蚀功能膜（致密，均匀，附着良好的抗蚀膜） 耐热功能膜
装饰功能膜
§6.2.3 离子束加工的应用
Precision Engineering Lab., Xiamen Univ.