先进制造技术教学课件作者李宗义第6章先进加工技术课件.ppt

返回目录 第6章 先进加工技术   6.4 离子束加工 6.4.2 离子束加工的特点 1）由于离子束可以通过电子光学系统进行聚焦扫描，离子束轰击材料是逐层去除原子，离子束流密度及离子能量可以精确控制，所以离子刻蚀可以达到毫微米级的加工精度。离子镀膜可以控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度也可极精确地控制。因此，离子束加工是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法，是当代毫微米加工(纳米加工)技术的基础。 2）由于离子束加工是在高真空中进行，所以污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金材料和高纯度半导体材料的加工。 3）离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的。它是一种微观作用，宏观压力很小，所以加工应力、热变形等极小，加工质量高，适合于对各种材料和低刚度零件的加工。 4）离子束加工设备费用昂贵、成本高，加工效率低，因此应用范围受到一定限制。 离子束加工装置与电子束加工装置类似，它也包括离子源、真空系统、控制系统和电源等部分。主要的不同部分是离子源系统。离子源有很多形式，常用的有考夫曼型离子源和双等离子管型离子源。 返回目录 第6章 先进加工技术   6.4 离子束加工 6.4.3 离子束加工的应用 离子束加工的应用范围日益扩大。 1．刻蚀加工 当离子束轰击工件，入射离子的动量传递到工件表面的原子，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，达到刻蚀的目的。为了避免入射离子与工件材料发生化学反应，必须用惰性元素的离子，通常用氩离子进行轰击刻蚀。例如： 1）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； 2）刻蚀高精度的图形，如集成电路、声表面波器件、磁泡器件、光电器件和光集成器件等微电子学器件亚微米图形； 3）制作由波导、耦合器和调制器等小型光学元件组合制成的集成光路中的光栅和波导； 4）用离子束轰击的玻璃纤维可变为具有不同折射率的光导材料； 5）离子束加工还能使太阳能电池表面具有非反射纹理表面 6）离子束刻蚀还用来致薄材料，用于致薄石英晶体振荡器、压电传感器和致薄探测器探头。 返回目录 第6章 先进加工技术   6.4 离子束加工 2．镀膜加工 离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子镀时工件不仅接受靶材溅射来的原子，还同时受到离子的轰击，这使离子镀具有附着力强、膜层不易脱落等独特的优点。离子镀技术已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。例如： 1）在表壳或表带上镀氮化钛膜，这种氮化钛膜呈金黄色，它的反射率与18开金镀膜相近，其耐磨性和耐腐蚀性大大优于镀金膜和不锈钢，其价格仅为黄金的1／60； 2）离子镀装饰膜还用于工艺美术品的首饰、景泰蓝等，以及金笔套、餐具等的修饰； 3）航空工业中可采用离子镀铝代替飞机部件镀镉； 4）用离子镀方法在切削工具表面镀氮化钛、碳化钛等超硬层，可以提高刀具的寿命1～2倍。 返回目录 第6章 先进加工技术   6.4 离子束加工 3．离子注入加工 离子注人是向工件表面直接注入离子，它不受热力学限制，可以注入任何离子，且注入量可以精确控制，注入的离子是固溶在工件材料中，含量可达10％～40％，注入深度可达lμm甚至更深。 例如: 1）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，用以改变导电型式(P型或N型)和制造P-N结，制造一些通常用热扩散难以获得的各种特殊要求的半导体器件； 2）利用离子注入可以改变金属表面的物理化学性能，可以制得新的合金，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等； 3）对石英玻璃进行离子注入，可增加折射率而形成光波导； 4）离子注入还用于改善磁泡材料性能、制造超导性材料，如在铌线表面注入锡，则表面生成具有超导性NkSn层的导线。 返回目录 第6章 先进加工技术   6.5 电解磨削 1．加工原理及特点 电解磨削加工原理，如图6-11所示。 加工过程中，磨轮(砂轮)不断旋转，磨轮上凸出的砂粒与工件接触，形成磨轮与工件间的电解间隙。电解液不断供给，磨轮在旋转中，将工件表面由电化学反应生成的钝化膜除去，继续进行电化学反应，如此反复不断，直到加工完毕。电解磨削的阳极溶解机理与普通电解加工的阳极溶解机理是相同的。不同