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电子束加工技术

摘要电子束加工简称EBM，是以高能电子束流作为热源，对工件或材料实施特殊的加

工，是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。它们在精密微细加工方面，尤其是在微电子

学领域中得到较多的应用。随着科学技术的发展，电子束加工技术必将有一片广阔的应用前

景。

关键词电子束原理应用发展前景

AbstractElectronbeamprocessingreferredtoEBM,highenergyelectronbeam

isusedasaheatsource,orthematerialoftheworkpiecespecialprocessing

embodiment,isacompletelydifferentfromthetraditionalmechanicalprocessing

ofnewtechnology.Theyprecisionmicrofabrication,inparticularinthefieldof

microelectronicsapplicationsgetmore.Withthedevelopmentofscienceand

technology,electronbeamprocessingtechnologywillhaveabroadapplication

prospects.

Keywordselectronbeamheoryapplicationprospects

1前言

电子束加工是以高能电子束流作为热源,对工件或材料实施特殊的加工,是一

种完全不同于传统机械加工的新工艺,其加工原理如图1所示。按照电子束加工

所产生的效应,可以将其分为两大类:电子束热加工和电子束非热加工。图1电

子束加工原理2.1电子束热加工电子束热加工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,其中包括:1)电子束精微加工。可完成打孔、

切缝和刻槽等工艺,这种设备一般都采用微机控制,并且常为一机多用;2)电子束

焊接。与其他电子束加工设备不同之处在于,除高真空电子束焊机之外,还有低真

空、非真空和局部真空等类型;3)电子束镀膜。可蒸镀金属膜和介质膜;4)电子束

熔炼。包括难熔金属的精炼。电子束加工包括焊接、打孔、热处理、表面加工、

熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻以及电子束曝光等，其中电子束焊接是发展最

快、应用最广泛的一种电子束加工技术。电子束加工的特点是功率密度大，能在

瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调

节，实现计算机控制。因此，电子束加工技术广泛应用于制造加工的许多领域，

如航空、航天、电子、汽车、核工业等，是一种重要的加工方法。

1

2电子束加工原理

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电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高（10~10w/cm）的电子束，

以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微妙）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，被真空系统抽走。

由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真

空中进行。电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使

电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组

成。先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，

以实现高精度的自动化加工。电子束加工机的功率根据用途不同而有所不同，一

般为几千瓦至几十千瓦。

3电子束加工装置组成

2

在许多工业领域中，电子束聚焦后能量密度极高（106～109w/cm），并以极

高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的的时间（几分之一秒）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