章电子束和离子束加工

《章电子束和离子束加工》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电子束加工（简称EBM）和离子束加工（简称IBM）是近年来得到高速发展的新兴特种加工。这两种加工主要用于精细加工领域，尤其是微电子领域。第六章电子束和离子束加工利用高功率密度的电子束冲击工件时所产生的热能使材料熔化、气化的特种加工方法,简称为EBM。电子束加工是由德国的科学家K.H.施泰格瓦尔特于1948年发明的。第一节电子束加工1、电子束加工的基本原理：在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量大部分转变为热能，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和气化，被真空系统抽走。2、电子束加工的

2、特点优点：①电子束能聚焦成很小的斑点(直径一般为0.01～0.05毫米)，是一种精密微细加工；②功率密度高,能加工任何材料；③无机械接触作用，无工具损耗问题；④加工速度快,如在0.1毫米厚的不锈钢板上穿微小孔每秒可达3000个；⑤整个加工过程便于实现自动化；⑥加工表面不会氧化。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。主要缺点:二、电子束加工装置⒈电子枪⒉真空系统⒊控制系统和电源⒈电子枪电子枪是获得电子的装置。包括电子发射阴极、控制栅极和加速阳极等。阴极经电流加热发射电子，经过加速极加速，又通过电磁透镜把电子束聚焦成很小的束

3、斑。发射阴极：钨或钽小功率：丝状大功率：块状⒉真空系统⑴真空系统作用：①保证在电子束加工时维持1.33×10－2～1.33×10－4Pa的真空度，只有在高真空中，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。⑵真空系统的组成：机械旋转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两级组成。机械旋转泵把真空室抽至1.4～0.14Pa，油扩散泵或涡轮分子泵抽至0.014～0.00014Pa的高真空度。⒊控制系统和电源（1）控制系统：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。①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

4、基本上决定着加工点的孔径或缝宽。聚焦方法有两种：一种是利用高压静电场使电子流聚焦成细束；另一种是利用“电磁透镜”靠磁场聚焦。后者比较安全可靠。②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。③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能在数毫米之内，过大将增加像差和影响线性，因此在大面积加工时需要用伺服电动机控制工作台移动，并与电子束的偏转相配合。（2）电源：电子束加工装置对电源电压的稳定性要求较高，常需稳压设备，这是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。三、电子束加工的应用电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可用

5、于打孔、切割、蚀刻焊接、热处理光刻加工等。1、高速打孔目前电子束打孔的最小直径可Ø0.003mm左右。每秒可打3000孔甚至更多。电子束打孔还能加工小深孔，如在叶片上打深度5mm、直径Ø0.4mm的孔，孔的深径比大于10：1。Dämmstoffindustrie:SchleuderscheibezurGlaswollherstellung图2电子束加工的异形孔2、加工型孔及特殊表面图3电子束加工曲面、穿孔利用电子束在磁场中偏转的原理，可使电子束在工件内部偏转。3、刻蚀在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，可利用电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔。如在硅片上刻出宽2.5μm

6、，深0.25μm的细槽。EB-Hardening/EB-AnneallingEB-Pre-heating/EB-RemeltingEB-Pre-heating/EB-Welding/EB-GladdingEB-Positioning/EB-Welding/EB-After-heating4、焊接电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。当高能量密度的电子束轰击焊件表面时，使焊件接头处的金属熔融，在电子束连续不断地轰击下，形成一个被熔融金属环绕着的毛细管状的熔池，如果焊件按一定速度沿着焊件接缝与电子束作相对移动，则接缝上的熔池由于电子束的离开而重新凝固，使焊件的整个接缝形成一条焊缝。

7、优点：⑴焊缝深而窄，焊件热影响区小，变形；⑵焊缝化学成分纯净，强度高于母材；⑶焊接材料范围广；⑷可实现异种金属焊接；⑸工件精加工后进行焊接。焊接热影响小、变形小主要缺点：1.设备比较复杂、费用比较昂贵。2.焊接前对接头加工、装配要求严格。3.被焊工件尺寸和形状受到工作室的限制。4.电子束易受电磁场的干扰，影响焊接质量。5.电子束焊接时会产生X射线，对操作人员的健康和安全会造成威胁。5、热处理电子束热处理的加热速度和冷却速度都很高，在相变过程中，