电子束和离子束加工

? 加工效率很高。 ? 加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。 ? 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。
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5、电子束加工的应用
1-淬火硬化； 2-熔炼； 3-焊接； 4-打孔； 5-钻、切削； 6-刻蚀； 7-升华； 8-塑料聚合； 9-电子抗蚀剂； 10-塑料打孔
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（4）电子束光刻 ? 利用低能量密度的电子束照射高分子材料时，将使材 料分子链被切断或重新组合，引起分子量的变化即产 生潜象，再将其浸入适当的溶剂中，由于分子量的不 同而溶解度不同，就会将潜象显影出来。 ? 将光刻与粒子束刻蚀或蒸镀工艺结合，就可以在金属 掩模或材料表面制出图形来。
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图 电子束曝光加工过程
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00..0033 ～～ 00..0077 mmmm
电子束加工的异形孔
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?加工弯孔：利用 电子束在磁场中偏 转的原理，使电子 束在工件内偏转方 向。控制电子速度 和磁场强度，就可 控制曲率半径，加 工出弯曲的孔。
(c)
1 2 3
电子束加工弯曲的孔
(d)
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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
电子枪系统
聚焦系统
抽真 空系
统
电源 及控 制系
统
电子束 工件
电子束加工原理 5
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。
（1）只使材料局部加热就可进行电子束热处理； （2）使材料局部熔化就可以进行电子束焊接； （3）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； （4）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。
曲面。
3 3
1
2
(a)
(b)
(c)
(d)
电wenku.baidu.com束加工曲面
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（3）电子束焊接
? 特点：电子束焊接具有焊缝深宽比大； 焊接速度快，焊缝深而窄，焊件变形小； 不用焊条，接头机械性能好； 可进行异种金属焊接； 可在精加工后焊接等等。
? 应用： 应用范围极为广泛，尤其在焊接大型铝合金零件 中，具有极大的优势，并且可用于不同金属之间的连接。 如美国和日本采用电子束焊接工艺加工发电厂汽轮 机的定子部件；美国还将电子束焊接工艺广泛应用于飞 机制造中。
电子束和离子束加工
主要内容
电子束加工 离子束加工
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电子束加工 1、概述 ?电子束加工（Electron Beam Machining 简
称EBM）起源于德国。1948年德国科学家斯 特格瓦发明了第一台电子束加工设备。 ?利用高能量密度的电子束对材料进行工艺处 理的一切方法统称为电子束加工。
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?经过几十年的发展，目前电子束加工技术已在 核工业、航空宇航、精密制造等工业部门广泛 应用。
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3、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。它包括：
? 电子发射阴极 —用钨或钽制成， 在加热状态下发射电子。
? 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。
图 电子束加工装置示意图
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。
图6-2 电子束加工装置示意图
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 8
? 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。 聚焦方法：一是利用高压静电场是电子流聚焦成细 束；另一种方法是利用“电磁透镜”靠磁场聚焦。
A-电子束曝光； B-显影；C-蒸镀；D—离子刻蚀； E、F-去掉抗蚀剂，留下图形 1-电子束； 2-电致抗蚀剂； 3-基板； 4-金属蒸汽； 5-离子束； 6-金属
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电子束刻蚀
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（5）电子束表面改性 ? 特点：
A）快速加热淬火，可得到超微细组织，提高材料的 强韧性； B）处理过程在真空中进行，减少了氧化等影响，可 以获得纯净的表面强化层； C）电子束功率参数可控，可以控制材料表面改性的 位置、深度和性能指标。
1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 7
（2）真空系统
保证电子加工时所需要 的真空度。一般电子束加工 的的真空度维持在 1.33×102~ 1.33×10-4 Pa。
（3）控制系统和电源。
? 束流位置控制：改变电子的方向。 ? 工作台位移控制：加工时控制工作台的位置。 ? 电源：对电压的稳定性要求较高，常用稳压电源。
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4、电子束加工的特点
? 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。
? 加工材料的范围广。 能加工各种力学性能的导体、半 导体和非导体材料。
?电子束加工应用于： 电子束焊接、打孔、表面处 理、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻、铣切、 切割以及电子束曝光等。
?世界上电子束加工技术较先进的国家： 德国、日 本、美国、俄罗斯以及法国等。
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2、加工原理
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/cm2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 转换为热能 ， 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。
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（1）电子束打孔 ? 能加工各种孔，包括异形孔 、斜孔、锥孔和弯孔。 ? 生产效率高。机翼吸附屏的孔、喷气发动机套上的冷却 孔，此类孔数量巨大（高达数百万），且孔径微小，密 度连续分布而孔径也有变化，非常适合电子束打孔。 ? 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。 ? 加工质量好，无毛刺和再铸层等缺陷。 ? 加工孔的最小直径可达0.003mm，最大深径比可达10。
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? 应用：表面淬火、表面熔凝、表面合金化、表面熔覆 和制造表面非晶态层。经表面改性的表层一般具有较 高的硬度、强度以及优良的耐腐蚀和耐磨性能。