第8章电子束和离子束加工(教案)
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电子束与离子束加工原理及应用
电子束与离子束加工原理及应用电子束与离子束加工原理及应用电子束加工1、电子束加工原理及特点(1)由于电子束能够极其微细地聚焦(束径可达微米级)且在微小面积上叮达到很大的功率密度，因此在轰击点处的瞬时温度可达数千度高温，足以使任何材料熔化或气化。
由此可知，电子束可用来加工任何材料的微孔或窄缝、半导体电路等，是一种精密微细加工方法(2)由于电子束的瞬时热能作用在极微小面积上，所以加工部位的热影响区很小;在加工过程中无机械力作用，故加工后不产生受力变形;此外电子束加工也不存在工具消耗问题。
所以它的加工梢度高、表面质量也好。
(3)能够通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦进行直接控制。
位置控制的准确度可达0.15m左右，强度和束斑的大小控制误差也易达到1%以下。
通过磁场或电场几乎可以无惯性、无功率地控制电子束.便于采用计算机控制.实现加工过程自动化。
(4)由于电子束加工是在真空中进行，因此污染少.加工点处能保持原来材料的纯度:适合于加工易级化的金属及合金材料，特别是要求纯度极高的半导体材料。
(5)电子束加工需要一套价格昂贵的专用设备，加工中心成本高，2、电子束加工的应用电子束加工可分为两类;一类称为‘.热型”.即利用电子束把材料的局部加热至熔化或气化点进行加工，如打孔、切割、焊接等;另一类称为“非热型”.即利用电子束的化学效应进行刻蚀的技术，如电子束的光刻等。
(1)电子束的热效应加工。
在电子束的热效应加工中，可通过调整功率密度来达到不同的加工目的，如淬火、熔炼、切割、打孔等。
(2)电子束化学效应加工。
用低功率密度的电子束照射工件表面虽不会引起表面的温升，但入射电子与高分子材料的碰撞，会导致它们的分子链的切断或重新聚合.从而使高分子材料的化学性质和分子量产生变化，这种现象叫电子束的化学效应.利用这种效应进行加工的方法叫电子束光刻。
由于电子束曝光系统柔性大，又能连续扫描写图，既是精密微细图形写图设备，也是目前大规模(IST)及超大规模(VLST)掩膜或基片光刻的主要设备.除此之外，电子束可作为光源进行图形复印等工作。
现代加工技术-09电子束、离子束加工
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束离子束加工
Electron Beam Machining ＆Ion Beam Machining
EBM＆IBM
贾宝贤
5687026
1
哈工大(威海) 现代加工技术
课程内容大纲
♥1绪论 ♥2电火花加工 ♥3电火花线切割加工 ♥4电化学加工 ♥5超声波加工 ♥6磨料与水喷射加工 ♥7激光加工 ♥8快速原型制造 ♥9电子束、离子束加工 ♥10化学加工、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨
6. 剥膜 （去除光致抗蚀剂）
图24 电子束光刻大规模集成电路加工过程
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束刻蚀图案
30
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束加工END
电子束加工END
31
哈工大(威海) 现代加工技术
Elektronenstrahl- Prozesskontrolle
Automatische Strahlpositionierung. Stufe 1
9-电子抗蚀剂；
10-塑料打孔
13
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
冲 材 电子束打到材料表面 击料 开表 始面 熔受 化到 ，电 气子 化束
电子束贯穿材料
继 续 受 到 电 子 束 作 用
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 电子束打到辅助 料 射 面 材料产生喷射 14
15
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
2.加工材料范围广。可加工不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、 玻璃、塑料和人造革等各种材料上的小孔、深孔。 能加工各种孔，包括异形孔 、斜孔、锥孔和弯孔。孔的 密度可连续变化，其孔径大小可随时调整。
电子束离子束加工
Electron Beam Machining ＆Ion Beam Machining
EBM＆IBM
贾宝贤
5687026
1
哈工大(威海) 现代加工技术
课程内容大纲
♥1绪论 ♥2电火花加工 ♥3电火花线切割加工 ♥4电化学加工 ♥5超声波加工 ♥6磨料与水喷射加工 ♥7激光加工 ♥8快速原型制造 ♥9电子束、离子束加工 ♥10化学加工、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨
6. 剥膜 （去除光致抗蚀剂）
图24 电子束光刻大规模集成电路加工过程
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束刻蚀图案
30
哈工大(威海) 现代加工技术
电子束加工END
电子束加工END
31
哈工大(威海) 现代加工技术
Elektronenstrahl- Prozesskontrolle
Automatische Strahlpositionierung. Stufe 1
9-电子抗蚀剂；
10-塑料打孔
13
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
冲 材 电子束打到材料表面 击料 开表 始面 熔受 化到 ，电 气子 化束
电子束贯穿材料
继 续 受 到 电 子 束 作 用
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 电子束打到辅助 料 射 面 材料产生喷射 14
15
哈工大(威海) 现代加工技术
1.电子束打孔
2.加工材料范围广。可加工不锈钢、耐热钢、宝石、陶瓷、 玻璃、塑料和人造革等各种材料上的小孔、深孔。 能加工各种孔，包括异形孔 、斜孔、锥孔和弯孔。孔的 密度可连续变化，其孔径大小可随时调整。
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。
离子束加工
离子注入：
采用5~500Kev的较高能量的离子束，直接垂直轰 击被加工材料，由于离子能量相当大，离子就钻进被加 工材料的表面层，工件表面层含有注入离子后，就改变 了化学成分，从而改变了工件表面层的机械物理和化学 性能，称离子注入为表面改性。
3.离子束加工的特点
1）离子束是所有特种加工方法中最精密、最微细的加 工方法，离子刻蚀可以达到纳米级的加工精度，是当代 纳米加工技术的击出。
离子注入在半导体方面的应用，在国内外都很普遍， 它是用硼、磷等杂质离子注入半导体，制造p-n结，目前 成为制作半导体器件和大面积集成电路的重要手段。
离子注入改善金属表面性能正在形成一个新型的领域。 利用离子注入可以改变金属表面的物理化学性能，可以制 的新的合金，从而可制的新的合金，从而改善金属表面的 抗蚀性能、抗疲劳性能、润滑性能和耐磨性能。
离子束加工设备： 主要包括离子源、真空系统、控制系统和电源部分； 离子源用以产生离子束流，产生离子束流的基本 原理和方法是使原子电离。具体办法是把要电离的 气态原子（氩等惰性气体或金属蒸汽）注入电离室， 经高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击， 使气态原子电离为等离子体（正离子数和负离子数 相等的混合体）用一个相对于等离子体为负电势的 电极，就可从等离子体中引出正离子束流。
2.离子束加工分类 根据物理效应和达到的目的不同分类；
利用离子撞击的离子刻蚀；
利用能量为0.5~5Kev的氩离子倾斜轰击工件，将工 件表面的原子逐个剥离，其实质是一种原子尺度的切削加 工，又称离子铣削。
离子溅射沉积： 利用能量为0.5~5Kev的氩离子倾斜轰击某种材料
制成的靶，离子将靶材原子击出，垂直沉积在靶材附近 的工件上，使工件表面镀上一层薄膜，溅射沉积是一种 涂膜工艺。
第8章 电子束和离子束加工(教案)
(2)离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。
(3)离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.主要应用
在目前的工业生产中，离子束加工主要应用于刻蚀加工(如加工空气轴承的沟槽，加工极薄材料等)、镀膜加工(如在金属或非金属材料上镀制金属或非金属材料)、注入加工(如某些特殊的半导体器件)等。
单元（章节）备课笔记首页
教师董金梁教研组机电教研室
编写日期审批日期
教学内容
第8章电子束和离子束加工
总课时
目
的
要
求
1.电子束加工
2.离子束加工
重
点
电子束与离子束加工原理、特点及应用
难
点
电子束与离子束加工原理及应用
章节
内容
课时分配
8.1
电子束加工
8.2
离子束加工
课时授课计划
授课日期
班别
题目
8.1电子束加工
目
的
要
求
掌握电子束加工的原理、特点及应用
重
点
电子束加工的原理、特点及应用
难
点
电子束加工的原理及应用
教
具
多媒体课件、教学视频、挂图
教学方法
理论讲授---注重引导
板
书
设
计
教
学
过
程
一、电子束加工
1.加工原理
2．特点与应用
一、新课导入
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。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。
(3)离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.主要应用
在目前的工业生产中，离子束加工主要应用于刻蚀加工(如加工空气轴承的沟槽，加工极薄材料等)、镀膜加工(如在金属或非金属材料上镀制金属或非金属材料)、注入加工(如某些特殊的半导体器件)等。
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教学内容
第8章电子束和离子束加工
总课时
目
的
要
求
1.电子束加工
2.离子束加工
重
点
电子束与离子束加工原理、特点及应用
难
点
电子束与离子束加工原理及应用
章节
内容
课时分配
8.1
电子束加工
8.2
离子束加工
课时授课计划
授课日期
班别
题目
8.1电子束加工
目
的
要
求
掌握电子束加工的原理、特点及应用
重
点
电子束加工的原理、特点及应用
难
点
电子束加工的原理及应用
教
具
多媒体课件、教学视频、挂图
教学方法
理论讲授---注重引导
板
书
设
计
教
学
过
程
一、电子束加工
1.加工原理
2．特点与应用
一、新课导入
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。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。
先进制造技术——三束加工—激光束、电子束、离子束
2．特点及应用
离子束加工有如下特点：
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳 米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精 确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合 金和半导体材料进行加工。 (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用， 所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。
二、激光束加工
激光：源自在经过激励后由高能级院子跃迁到低能级而发射 的光子所产生的物理现象。
激光产生的原理：原子经过激励而发生跃迁现象。 激光加工:激光加工就是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点 上达到很高的能量密度产生的光热效应来加工各种材料。
加工原理
1）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达Ø0.003mm左右。例如喷气发动机 套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。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。电子束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
激光加工的应用
激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大 体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利 用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激 光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指 激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
0.03～ 0.07 mm
电子行业电子束和离子束加工
电子行业电子束和离子束加工简介在电子行业中，电子束和离子束加工是两种常用的微细加工技术。
它们利用高能电子束和离子束对材料进行加工，具有高精度、高效率和非接触等特点，在电子器件制造、表面改性和纳米加工等领域有广泛应用。
电子束加工基本原理电子束加工利用高速运动的电子束对材料表面进行加工。
通过控制电子束的能量和聚焦方式，可以实现在纳米到微米级别的精确加工。
其基本原理如下：•加速电子：采用电子枪将电子加速到较高能量，通常在几十千伏至几百千伏之间。
•焦点控制：利用一系列电场和磁场聚焦系统，将电子束聚焦到较小的直径，达到高分辨率的效果。
•扫描加工：通过控制电子束的位置和扫描速度，实现对材料表面的精确加工。
应用领域电子束加工在电子行业中有广泛的应用，包括但不限于以下领域：1.纳米微型器件加工：电子束加工可用于制造微型电子器件，如纳米线、纳米晶体管和MEMS器件等。
2.光刻：电子束激光刻蚀技术是集成电路制造中常用的工艺之一。
3.表面改性：通过控制电子束的能量和扫描方式，可以实现对材料表面的纹理、硬度和导电性等物理性质的改变。
4.纳米加工：电子束可以直接对纳米颗粒进行加工，制备纳米材料和纳米结构。
离子束加工基本原理离子束加工利用高能离子束对材料进行加工。
与电子束加工相比，离子束加工具有更高的穿透能力和更大的功率密度，可以实现更深入和更精确的加工效果。
其基本原理如下：•加速离子：采用离子源将离子加速到高能量，通常在几百电子伏至几千电子伏之间。
•焦点控制：通过控制电场和磁场分别作用的方式，实现对离子束的聚焦控制。
•碰撞损伤：高速离子束与材料表面相碰撞，产生碰撞损伤和表面变化。
应用领域离子束加工在电子行业中也有广泛的应用，主要应用于以下领域：1.纳米加工：离子束加工可用于纳米线、纳米颗粒和纳米薄膜的制备。
2.材料改性：通过离子束的碰撞和改变材料表面的结构，可以实现材料的硬化、改变导电性和抗腐蚀等性能。
3.表面涂层：离子束沉积技术可以实现对材料表面的镀膜、涂层和纳米颗粒的制备。
第八章 电子束和离子束加工
2013-8-10 15
•
电子束打孔在航空航天工业、电子工业、化纤工 业及制革工业中得到应用，现举例如下： • （1）喷气发动机燃烧室罩孔。某喷气发动机燃烧室罩， 其材料为CrNiCoMoW，厚度为1.1mm。共有3478个直 径为0.81mm的圆孔分布在外侧球面上，孔径公差 ±0.03mm，所有孔中心轴与零件底面垂直。用K12Q11P型电子束打孔机加工，零件置于真空室中，安装 在夹具上作连续转动。加工时以200ms的单脉冲方式工 作，脉冲频率1Hz。 • （2）化纤喷丝头孔。零件材料为钴基耐热合金，厚度 4.3～6.3mm。共有11766个直径为0.81mm的圆孔通孔， 孔径公差±0.03mm。零件置于真空室中，安装在夹具 上作连续转动。加工时以16ms的单脉冲方式工作，脉 冲频率5Hz。打孔过程中电子束随工件同步偏转，每打 一个孔，电子束跳回原位。加工一件只需要40min，而 用电火花加工则需要30h，用激光加工也要3h才能完成， 而且公差要优于激光加工，且无喇叭孔。
2013-8-10 13
电子束加工装置的控制系统包括束流通断时间控制、束 流强度的控制、束流聚焦控制、束流位置控制、束流电流强 度控制、束流偏转控制、电磁透镜控制，以及工作台位置控 制等。电子束加工装置对电源电压的稳定性要求较高，常用 稳压设备，这是因为电子束聚焦以及阴极的发射强度与电压 波动有密切关系。
2013-8-10 7
电子束加工所需的功率密度和基准时间与工件材料有关，如设电子束斑 2 半径为0.01cm，则加工铜时要求功率密度为1.4×106 W / cm，照射基准时 W / cm 间为0.3ms；加工玻璃时要求功率密度为3.6×106 ，照射基准时间为 0.55ms。
图8.2 电子束照射下材料表面的温度分布 a)工件模型 b）温度分布 —饱和温度 t c —基准时间
•
电子束打孔在航空航天工业、电子工业、化纤工 业及制革工业中得到应用，现举例如下： • （1）喷气发动机燃烧室罩孔。某喷气发动机燃烧室罩， 其材料为CrNiCoMoW，厚度为1.1mm。共有3478个直 径为0.81mm的圆孔分布在外侧球面上，孔径公差 ±0.03mm，所有孔中心轴与零件底面垂直。用K12Q11P型电子束打孔机加工，零件置于真空室中，安装 在夹具上作连续转动。加工时以200ms的单脉冲方式工 作，脉冲频率1Hz。 • （2）化纤喷丝头孔。零件材料为钴基耐热合金，厚度 4.3～6.3mm。共有11766个直径为0.81mm的圆孔通孔， 孔径公差±0.03mm。零件置于真空室中，安装在夹具 上作连续转动。加工时以16ms的单脉冲方式工作，脉 冲频率5Hz。打孔过程中电子束随工件同步偏转，每打 一个孔，电子束跳回原位。加工一件只需要40min，而 用电火花加工则需要30h，用激光加工也要3h才能完成， 而且公差要优于激光加工，且无喇叭孔。
2013-8-10 13
电子束加工装置的控制系统包括束流通断时间控制、束 流强度的控制、束流聚焦控制、束流位置控制、束流电流强 度控制、束流偏转控制、电磁透镜控制，以及工作台位置控 制等。电子束加工装置对电源电压的稳定性要求较高，常用 稳压设备，这是因为电子束聚焦以及阴极的发射强度与电压 波动有密切关系。
2013-8-10 7
电子束加工所需的功率密度和基准时间与工件材料有关，如设电子束斑 2 半径为0.01cm，则加工铜时要求功率密度为1.4×106 W / cm，照射基准时 W / cm 间为0.3ms；加工玻璃时要求功率密度为3.6×106 ，照射基准时间为 0.55ms。
图8.2 电子束照射下材料表面的温度分布 a)工件模型 b）温度分布 —饱和温度 t c —基准时间
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。
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
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二、小结：
主要讲述电子束加工的原理、特点及应用
三、作业：
掌握电子束加工的原理、特点及应用。
四、预习：
7.2离子束加工
课时授课计划
授课日期
班别
题目
8.2离子束加工
目
的
要
求
一、了解电子束加工基本设备及其组成部分；
二、了解电子束加工的应用。
重
点
一、电子束加工基本设备及其组成部分；
二、电子束加工的应用。
难
点
电子束加工基本设备及其组成部分
教
具
多媒体课件、教学视频、挂图
教学方法
理论讲授---注重引导
板
书
设
计
教
学
过
程
一、离子束加工
1．加工原理
2.离子束加工可分为四类。
1) 离子刻蚀
2) 离子溅射沉积
3) 离子镀(又称离子溅射辅助沉积)
4) 离子注入
3．特点
(1)目前特种加工中最精密、最微细的加工。
(2) 高真空中进行，污染少
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。
2.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。
4.主要应用
在目前的工业生产中，离子束加工主要应用于刻蚀加工(如加工空气轴承的沟槽，加工极薄材料等)、镀膜加工(如在金属或非金属材料上镀制金属或非金属材料)、注入加工(如某些特殊的半导体器件)等。
二、小结：
了解离子束加工的原理及应用。
三、作业：
课后寻找离子束加工的应用的相关资料进一步学习。
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。
(3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
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教师董金梁教研组机电教研室
编写日期审批日期教学内容源自第8章电子束和离子束加工总课时
目
的
要
求
1.电子束加工
2.离子束加工
重
点
电子束与离子束加工原理、特点及应用
难
点
电子束与离子束加工原理及应用
章节
内容
课时分配
8.1
电子束加工
8.2
离子束加工
课时授课计划
授课日期
班别
题目
8.1电子束加工
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。
2．特点与应用
由于上述特点，电子束加工常应用于加工微细小孔、异型孔及特殊曲面。电子束加工弯曲的型面原理为：电子束在磁场中受力，在工件内部弯曲，工件同时移动，即可加工曲面Ⅰ；随后改变磁场极性，即可加工曲面Ⅱ；在工件实体部位内加工，即可得到弯槽Ⅲ；当工件固定不动，先后改变磁场极性，二次加工，即可得到一个入口、两个出口的弯孔Ⅳ。拉制电子束速度和磁场强度，即可控制曲率半径。
(3)微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.主要应用
1)刻蚀加工
2)镀膜加工
3)注入加工
一、新课导入
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。
目
的
要
求
掌握电子束加工的原理、特点及应用
重
点
电子束加工的原理、特点及应用
难
点
电子束加工的原理及应用
教
具
多媒体课件、教学视频、挂图
教学方法
理论讲授---注重引导
板
书
设
计
教
学
过
程
一、电子束加工
1.加工原理
2．特点与应用
一、新课导入
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。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。
特点：
(1)电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1 μm)，故可进行微细加工。
(2)加工材料的范围广。由于电子束能量密度高，可使任何材料瞬时熔化、汽化且机械力的作用极小，不易产生变形和应力，故能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体材料。
(3)加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。
(4)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。
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。
4) 离子注入
离子束直接轰击被加工材料，由于离子能量相当大，离子就钻入被加工材料的表层。工件表面层含有注入离子后，就改变了化学成分，从而改变了工件表面层的机械物理性能。
3．特点及应用
离子束加工有如下特点：
主要讲述电子束加工的原理、特点及应用
三、作业：
掌握电子束加工的原理、特点及应用。
四、预习：
7.2离子束加工
课时授课计划
授课日期
班别
题目
8.2离子束加工
目
的
要
求
一、了解电子束加工基本设备及其组成部分；
二、了解电子束加工的应用。
重
点
一、电子束加工基本设备及其组成部分；
二、电子束加工的应用。
难
点
电子束加工基本设备及其组成部分
教
具
多媒体课件、教学视频、挂图
教学方法
理论讲授---注重引导
板
书
设
计
教
学
过
程
一、离子束加工
1．加工原理
2.离子束加工可分为四类。
1) 离子刻蚀
2) 离子溅射沉积
3) 离子镀(又称离子溅射辅助沉积)
4) 离子注入
3．特点
(1)目前特种加工中最精密、最微细的加工。
(2) 高真空中进行，污染少
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。
2.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。
4.主要应用
在目前的工业生产中，离子束加工主要应用于刻蚀加工(如加工空气轴承的沟槽，加工极薄材料等)、镀膜加工(如在金属或非金属材料上镀制金属或非金属材料)、注入加工(如某些特殊的半导体器件)等。
二、小结：
了解离子束加工的原理及应用。
三、作业：
课后寻找离子束加工的应用的相关资料进一步学习。
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。
(3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
单元（章节）备课笔记首页
教师董金梁教研组机电教研室
编写日期审批日期教学内容源自第8章电子束和离子束加工总课时
目
的
要
求
1.电子束加工
2.离子束加工
重
点
电子束与离子束加工原理、特点及应用
难
点
电子束与离子束加工原理及应用
章节
内容
课时分配
8.1
电子束加工
8.2
离子束加工
课时授课计划
授课日期
班别
题目
8.1电子束加工
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。
2．特点与应用
由于上述特点，电子束加工常应用于加工微细小孔、异型孔及特殊曲面。电子束加工弯曲的型面原理为：电子束在磁场中受力，在工件内部弯曲，工件同时移动，即可加工曲面Ⅰ；随后改变磁场极性，即可加工曲面Ⅱ；在工件实体部位内加工，即可得到弯槽Ⅲ；当工件固定不动，先后改变磁场极性，二次加工，即可得到一个入口、两个出口的弯孔Ⅳ。拉制电子束速度和磁场强度，即可控制曲率半径。
(3)微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.主要应用
1)刻蚀加工
2)镀膜加工
3)注入加工
一、新课导入
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。
目
的
要
求
掌握电子束加工的原理、特点及应用
重
点
电子束加工的原理、特点及应用
难
点
电子束加工的原理及应用
教
具
多媒体课件、教学视频、挂图
教学方法
理论讲授---注重引导
板
书
设
计
教
学
过
程
一、电子束加工
1.加工原理
2．特点与应用
一、新课导入
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。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。
特点：
(1)电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1 μm)，故可进行微细加工。
(2)加工材料的范围广。由于电子束能量密度高，可使任何材料瞬时熔化、汽化且机械力的作用极小，不易产生变形和应力，故能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体材料。
(3)加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。
(4)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。
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。
4) 离子注入
离子束直接轰击被加工材料，由于离子能量相当大，离子就钻入被加工材料的表层。工件表面层含有注入离子后，就改变了化学成分，从而改变了工件表面层的机械物理性能。
3．特点及应用
离子束加工有如下特点：