电子束和离子束加工.ppt

24 第九章 电子束和离子束加工 第九章 电子束和离子束加工 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。 第九章 电子束和离子束加工 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。 第九章 电子束和离子束加工 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。 第九章 电子束和离子束加工 （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。 第九章 电子束和离子束加工 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。 第九章 电子束和离子束加工 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1.33×10-2~ 1.33×10-4 Pa。由机械旋转泵和真空泵两级组成。 （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。 第九章 电子束和离子束加工 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。 第九章 电子束和离子束加工 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。 是非接触式加工，不产生应力和变形，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。 能量密度高，能量利用率高，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。 可以通过电场或磁场对电子束的强度、位置、聚焦等直接进行控制，整个加工系统易实现自动化。 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。 第九章 电子束和离子束加工 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 第九章 电子束和离子束加工 （1）电子束打孔 第九章 电子束和离子束加工 第九章 电子束和离子束加工 第九章 电子束和离子束加工 （2）电子束切割 第九章 电子束和离子束加工 （3）电子束焊接 第九章 电子束和离子束加工 （4）电子束光刻 第九章 电子束和离子束加工 电子束曝光加工过程 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 第九章 电子束和离子束加工 第九章 电子束和离子束加工 （5）电子束表面改性 第九章 电子束和离子束加工 第九章 电子束和离子束加工 1、加工原理 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。由于离子带正电荷，其质量数比电子大数千倍甚至上万倍，它撞击工件时具有很大撞击动能，通过微观的机械撞击作用从而实现对工件的加工。 第九章 电子束和离子束加工 相同点：加工原理基本相同。 不同点：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。 电子束加工是靠电能转化为热能进行加工的。 离子束加工是靠电能转化为动能进行加工的。 第九章 电子束和离子束加工 2、离子束加工的分类 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