电子束加工方法详解

发射阴极：一般由纯钨制成 控制栅极：可以控制电子束的强弱， 还有初步聚焦的作用 加速阳极：通常接地，而在阴极加 以很高的负电压以驱使电子加速
2018/8/7
真空装置
1.保证电子束加工时维持1.33X10^2—1.33X10^-4Pa的真空度，只有在真 空中，电子才能高速运动。
2.不断地把加工中产生的金属蒸汽抽出 去，加工时的金属蒸汽会影响电子发射， 产生不稳定现象。
2018/8/7
电源：
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，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。
2018/8/7
电子束加工的应用范围
1.广泛用于不锈钢，耐热钢，合金钢，陶瓷，玻璃 和宝石等难加工材料的圆孔，异型孔和窄缝的加 工，最小孔径或缝宽可达0.003~0.02微米。 2.电子束还可以用来焊接难熔金属，化学性能活泼 的金属，以及碳钢，不锈钢，铝合金，钛合金等。 另外，电子束还用于微加工的光刻中。
2018/8/7
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电子束的化学加工
功率密度相当低的电子束照射 在工件表面上，几乎不会引起 升温，但这样的电子束照射高 分子材料时，就会由于入射电 子与高分子相碰撞而使其分子 链切断或重新聚合，从而使高 分子材料的分子量和化学性质 发生改变，这就是电子束的化 学效应。
电子束光刻技术是利用电子束在涂有电子 抗蚀剂的晶片上直接描画或投影复印图形 的技术。 电子抗蚀剂是一种对电子敏感的高分 子聚合物。经过电子束扫描过的电子抗蚀 剂发生分子链重组，使曝光图形部分的抗 蚀剂发生化学性质改变。 经过显影和定 影，获得高分辨率的抗蚀剂曝光图形。现 代的电子束光刻设备已经能够制作小于 10nm的精细线条结构。
1.由于使用高电压，会产生较强 X射线， 必须采取相应的安全措施； 2.需要在真空装置中进行加工；
3.设备造价高等。电子束加工广泛用于 焊接；
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电子束加工的特点
1.电子束能聚焦成很小的斑点(直径一般为 0.01～0.05毫米)，适合于加工微小的圆孔、 异形孔或槽； 2.功率密度高,能加工高熔点和难加工材料如 钨、钼、不锈钢、金刚石、蓝宝石、水晶、 玻璃、陶瓷和半导体材料等； 3.无机械接触作用，无工具损耗问题； 4.加工速度快
电子束加工的缺点
控制系统和电源
控制系统是由束流聚焦控制，束流 位置控制，束流强度控制以及工作 台位移的控制等组成。
束流聚焦控制：提高电子束的能量密度， 使电子束聚焦成很小的束斑，它基本上 决定着加工点的孔径和宽缝。
束流位置控制：改变电子束的方向，常用 电磁偏转来控制电子束焦点的位置。
工作台位移控制：在加工过程中控制工作 台的位置。因为电子束的偏转距离只有 数毫米，过大会增加像差并影响线性， 因此在大面积加工时需要电动机控制工 作台位置，并与电子束的偏转相配合。
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电子束加工装置
电子束加工装置 主要由电子枪， 真空系统，控制 系统，电源等几 部分组成
电子枪
电子枪是获得电子的装置，它包括电子发 射阴极，控制栅极和加速阳极等。 其中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正极，在飞 向正极的过程中，经过加速，又通过聚 焦装置将电子束聚焦成很小的束流。
电子束加工方法
电子束加工的原理
1.以高能电子束流作为热源， 对工件或材料实施特殊的加工 2.完全不同于传统机械加工的 新工艺
电子束加工的分类
按照电子束加工所产生的效应， 可以将其分为两大类： 1.电子束热效应
2.电子束化学效应
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电子束加工的产生
电子束加工简称为EBM，
是由德国的科学家K.H.施泰格
电子束再经过聚焦线圈和偏转线圈 的作用，汇聚成更细的束流。束斑 的直径为数微米至1mm，在特定应用 环境，束斑的直径甚至可以小到几 十纳米，其能量非常集中。电子束 的功率密度可高10^9W/mm²。当电子 束轰击材料时，电子与金属碰撞失 去动能，大部分能量转化成热能， 使材料局部区域温度急剧上升并且 熔化，甚至气化而被去除，从而实 现对材料的加工。通过电子束的热 效应可以完成电子束熔炼，电子束 焊接，电子束打孔等加工工序。
瓦尔特于1948年发明的。
2018/8/7
电子束热加工
电子束热效应是将 电子束的动能在材 料表面转化成热能， 以实现对材料的加 工。
在真空条件下，电子由电 子枪的阴极发出，通过聚 束极汇聚成电子束，在电 子枪的加速电场作用下， 电子的速度被提高到接近 或达到光速的一半，具有 很高的动能。
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