特种加工技术论文

分述电子束加工与离子束加工

摘要

由于传统的机械加工技术不能满足人们的加工要求，通过人类的探索和研究，找到了可以提高加工精度的特殊方法-特种加工方法。现在以电子束加工与离子束加工技的对比来发现他们各自的优缺点，并对此进行分析，找到他们的异同，从而在工业发展中可以选择正确的加工方法。

ABSTRACT

Because the traditional mechanical processing technology can not meet the processing requirements. Through the human’s exploration and research, found it can improve the machining accuracy of special methods of special machining method. Now with the electron beam processing and ion beam processing technologycontrast to find their respective advantages and disadvantages, and then analyzes this, we can find their similarities and differences, so that we can choose the correct processing methodin the develop of the industry.

关键词:加工原理；

Key words

引言

当今世界特种加工技术在工业发展中发挥着重要的作用，它完成了传统的机械加工方法所不能达到的加工质量。为了能够合理的选择加工方法，下面以电子束加工与离子束加工为例进行论述。

1.特种加工技术的发展历史

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到取出或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。

20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。对于高硬度材料和复杂形状、精

密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。

特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。

2.电子束加工与离子束加工的工作原理

2.1电子束加工的基本原理及其原理图

电子书加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面的极小面积上，在极短的时间内，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企划，而实现加工的目的，如右图1-1所示。这种利用电子束热效应的加工，成为电子书热加工。

电子束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，是电子胶的分子曝光。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。

2.2离子束加工原理及其原理图

离子束加工是利用离子束对材料进行成形或表面改性的加工方法。在真空条件下，将由离子经过电场加速，获得具有一定速度的离子投射到材料表面，产生溅射效应和注入效应。由于栗子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，所以离子束比电子束具有更大的撞击动

能，它是靠微观的机械撞击能量来加工的。

离子束加工的物理基础是离子射到材料表面时发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。具有一定动能的离子射到工件表面时，可以将表

面的源自撞击出来，这就是离子的撞击效应和溅

射效应。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。图1-2即为离子束加工原理图。

3.电子束加工与离子束加工的加工特点及应用的对比

3.1电子束加工的加工特点及其应用

电子束加工特点（1）电子束加工是一种高精密微细的加工的方法；（2）能够加工各种材料，加工范围广；（3）电子束的能量密度大，加工效率高；（4）加工过程能够实现自动控制；（5）在真空中加工工产生污染少；（6）设备价格昂贵；

3.2离子束加工的主要特点及其分类

离子束的加工特点（1）离子束加工的精度非常高。（2）离子束加工产生的污染小。（3）离子束加工的加工应力、热变形等极小、加工精度高。（4）离子束加工设备费用高、成本贵、加工效率低。

离子束加工的分类：离子束加工依其目的可以分为蚀刻及镀膜两种。

蚀刻又可在分为溅散蚀刻和离子蚀刻两种。离子在电浆产生室中即对工件进行撞击蚀刻，为溅散蚀刻。产生电子使以加速之离子还原为原子而撞击材料进行蚀刻为离子蚀刻。

离子束工加工的应用：

1.蚀刻加工：

离子蚀刻用于加工陀螺仪空气轴承和动压马达上的沟槽，分辨率高，精度、重复一致性好。离子束蚀刻应用的另一个方面是蚀刻高精度图形，如集成电路、光电器件和光集成器件等征电子学构件。太阳能电池表面具有非反射纹理表面。离子束蚀刻还应用于减薄材料，制作穿透式电子显微镜试片。

2.离子束镀膜加工：

离子束镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种形式。离子镀可镀材料范围广泛，不论金属、

非金属表面上均可镀制金属或非金属薄膜，各种合金、化合物、或某些合成材料、半导体材