特种加工技术讲课讲稿.ppt

《特种加工技术讲课讲稿.ppt》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、特种加工技术第一节电子束加工电子束加工的原理如图6—1所示，电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高(106~109W／cm2)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—微秒)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。控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化就可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可进行打孔、切割等加工；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

2、原理，即可进行电子束光刻加工。电子束加工的特点1)由于电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到0.1µm。所以加工面积可以很小，是—种精密微细的加工方法。2)电子束能量密度很高，使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度，去除材料主要靠瞬时蒸发，是一种非接触式加工。工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形。加工材料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。3)电子束的能量密度高，因而加工生产率很高，例如，每秒钟可以在2.5mm厚的钢板上钻50个直径为0.4mm的孔。4)可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制，所以整个加工过程便于实现自动化。特别是在电子束曝

3、光中，从加工位置找准到加工图形的扫描，都可实现自动化。在电子束打孔和切割时，可以通过电气控制加上异形孔．实现曲面弧形圳割等。5)由于电子束加工是在真空中进行，因而污染少，加工表面不氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。6)电子束加工需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵，生产应用有一定局限性。电子束加工装置电子束加工装置的基本结构如图6—2所示，它主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。电子枪是获得电子束的装置。它包括电子发射阴极、控制栅极和加速阳极等。真空系统是为了保证在电子束加工时维持1.33X10-2～1.33X10-4Pa的真空度。电

4、子束加工装置的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等。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，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。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，可用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻加工等。图6-4是电子束应用范围。加工型孔及特殊表面图6—6a是对长方形工件1施加磁场之后，若一面用电子束3轰击，一面依箭头2方向移动工件，就可获得如实线所示的曲面。经图6—6a所示的加工后，改变磁场极性再进行加工，就可获得图6—6b所示的工件。同样原理，可加工出图6—6c所示的弯缝。如果

5、工件不移动，只改变偏转磁场的极性进行加工，则可获得图6—6d所示的入口为一个而出口有两个的弯孔。光刻电子束光刻是先利用低功率密度的电子束照射称为电致抗蚀剂的高分子材料，由入射电子与高分子相碰撞，使分子的链被切断或重新聚合而引起分子量的变化，这一步骤称为电子束曝光，如图6-7a所示。如果按规定图形进行电子束曝光，就会在电致抗蚀剂中留下潜像。然后将它浸入适当的溶剂中，则由于分子量不同而溶解度不一样，就会使潜像显影出来，如图6-7b所示。将光刻与离子束刻蚀或蒸镀上艺结合，见图6-7c、d，就能在金属掩模或材料表面上制出图形来，见图6-7e、f。第二节离子束加工离子束加工的原理和物理基础离子束加

6、工的原理是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之打到工件表面。一旦离子加速到较高速度时，离子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量来加工的。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击效应、溅射效应和注入效应。具有一定动能的离子斜射到工件材料(靶材)表面时，可以将表面的原子撞击出来，这就是离子的撞击效应和溅射效应。如果将工件直接作为离子轰击的靶材，工件表面就会受到离子刻蚀(也称离子铣削)。如果将工件放置在靶材附近，靶材原子就会溅射到工件表面而被溅射沉积吸附，使工件表面镀上一层靶材原子的薄膜。如果离子能量足够大并垂直工件表面撞击时，离子就会钻进工件表面，这就

7、是离子的注入效应。离子束加工分类离子束加工按照其所利用的物理效应和达到目的的不同，可以分为四类，即利用离子撞击和溅射效应的离子刻蚀、离子溅射沉积和离子镀，以及利用注入效应的离子注入。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(0.001µm)级的加工精度。离于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