现代加工技术第7章 电子束离子束加工

电子束加工的原理电子束加工是一种利用高速电子流来加工材料的加工方法。

其基本原理是将电子束聚焦成一束非常细小的电子射流，在高速运动的电子束撞击下，材料表面的原子和分子发生碰撞和相互作用，使材料发生物理或化学变化，从而实现加工的目的。

电子束加工设备通常由以下几个主要部分组成：加速系统、聚焦系统、撞击靶标系统和控制系统。

加速系统是电子束加工设备中的核心部分，其主要作用是将电子进行加速，使其获得足够的能量以实现对材料的加工。

加速系统通常由电子枪和电子加速器组成。

电子枪产生电子，而电子加速器则通过电磁场或电势差的作用，将电子加速到所需的速度。

聚焦系统主要用于将加速后的电子束聚焦在一个非常小的面积上。

聚焦系统通常由电磁场或磁透镜组成，通过控制电磁场或磁透镜的参数来实现对电子束的聚焦和控制。

聚焦系统的目标是将电子束的直径减小到微米级别，以提高加工精度和分辨率。

撞击靶标系统是电子束加工设备的加工区域，即电子束撞击到材料表面的地方。

撞击靶标系统通常由样品台和运动控制系统组成。

样品台用于固定和定位待加工材料，而运动控制系统用于控制电子束在材料表面移动的位置和轨迹。

电子束加工的原理主要基于电子束与材料相互作用的过程。

当电子束撞击到材料表面时，它会和材料表面的原子和分子发生相互作用，从而导致材料表面的物理或化学变化。

这些相互作用包括电子与原子之间的电子-电子碰撞，电子与原子之间的电子-原子碰撞以及电子与原子核之间的碰撞。

这些相互作用会使材料表面的原子和分子发生能量转移和重新排列，从而改变材料的物理和化学性质。

电子束加工的原理还涉及到电子束的能量传递和吸收。

当电子束撞击到材料表面时，部分电子的能量会被材料吸收，导致材料发生加热和熔化。

这种加热和熔化过程可以使材料发生融化、蒸发、溶解、沉积等物理和化学变化，从而实现不同类型的加工操作，如切割、焊接、打孔、表面改性等。

电子束加工具有许多优点。

首先，电子束加工具有非常高的加工精度和分辨率，可以实现亚微米级的加工，适用于微电子器件和精密零件的加工。

简述离子束加工原理及应用离子束加工是一种利用离子束对物体表面进行加工的技术。

它利用离子束的高能量和较高质量，通过离子与物体表面的相互作用，改变物体表面的性质和形态。

离子束加工的基本原理是通过向物体表面注入高能量的离子，使其与物体表面的原子或分子发生碰撞，从而改变物体表面的结构和性质。

离子束加工可分为两种方式：离子轰击和离子注入。

离子轰击是指将离子束直接撞击在物体表面，使离子与物体表面的原子或分子碰撞，产生剧烈的动能转换和表面物理或化学反应。

这种反应可用于表面修饰、改变物体的形貌和结构，以及提高物体的耐磨性、耐蚀性和耐高温性能。

例如，在高能量离子轰击下，物体表面的晶格结构可以被破坏，形成无序的表面结构，从而改变物体的性能。

离子注入是指将高能量的离子注入到物体表面的一定深度，改变物体的材料组成和物理性质。

这种方法可用于改变电子器件的电学性能，提高材料的导电性、导热性和机械强度。

例如，在半导体加工中，使用离子注入技术可改变材料的掺杂浓度，从而改变半导体器件的导电性能。

离子束加工广泛应用于多个领域。

在材料科学中，离子束加工可以用于改变材料的物理、化学性质，提高材料的功能性和性能。

例如，离子注入技术可以提高金属的硬度和耐腐蚀性能，用于制作高强度合金和耐高温材料；离子轰击技术可用于表面增强的纳米制备、表面复合材料以及表面涂层的制备。

在纳米科技中，离子束加工可用于纳米材料的制备和调控；在生物医学领域，离子束加工可用于生物材料的表面处理和生物影像技术的加工；在电子器件领域，离子注入技术可用于制作不同类型的半导体器件和集成电路的制作。

然而，离子束加工也存在一些挑战和限制。

首先，离子束加工需要大型设备和高能量离子源，成本较高。

其次，离子束加工过程需要对离子束进行定向和聚焦，技术上存在一定的难度。

此外，离子束加工在处理大面积样品时效率较低，通常适用于小面积样品的加工。

在未来，离子束加工技术有望得到进一步发展和应用。

随着纳米科技、生物医学和电子器件等领域的发展，对材料表面性能的要求越来越高，离子束加工技术将成为一种重要的加工手段。

离子束和等离子体加工的原理和特点及这两种加工技术在高精度表面抛光中应用。

1.离子束加工的基本原理所谓离子束抛光, 就是把惰性气体氩、氮等放在真空瓶中, 用高频电磁振荡或放电等方法对阴极电流加热, 使之电离成为正离子, 再用5千至10万伏高电压对这些正离子加速, 使它们具有一定的能量。

利用电子透镜聚焦，将它们聚焦成一细束,形成高能量密度离子流，在计算机的控制下轰击放在真空室经过精磨的工件表面, 从其表面把工件物质一个原子一个原子地溅射掉。

用这种方法对工件表面进行深度从100 埃到10微米左右的精密加工。

2.等离子体加工的基本原理等离子体加工又称为等离子弧加工，是利用电弧放电使气体电离成过热的等离子气体流束，靠局部熔化及气体去除材料的。

等离子体又被成为物质的第四种状态。

等离子体是高温电离的气体，它由气体原子或分子在高温下获得能量电离之后，理解成带正电荷的离子和带负电荷的自由电子，整体的正负离子数目和正负电荷仍相等，因此称为等离子体，具有极高的能量密度。

3. 离子束加工主要的特点（1）属于原子级逐层去除加工，加工精度高（2）加工生产污染小（3）加工应力、变形小（4）加工范围广（利用机械碰撞能量加工）（5）易实现自动化（6）设备复杂、价格贵4. 等离子体加工主要的特点由于等离子体电弧对材料直接加热，因而比用等离子体射流对材料的加热效果好得多。

因此，等离子体射流主要用于各种材料的喷镀及热处理等方面；等离子体电弧则用于金属材料的加工、切割以及焊接等。

等离子弧不但具有温度高、能量密度大的优点，而且焰流可以控制。

适当的调节功率大小、气体类型、气体流量、进给速度和火焰角度，以及喷射距离，可以利用一个电极加工不同厚度和多种材料。

5.离子束抛光的典型应用离子束抛光是 1965 年美国亚利桑那大学的工作人员发现并研制成功的。

目前，美国离子光学公司、法兰克福兵工厂早已研制成功离子束抛光设备，并应用于生产。

此外，日本、英国、法国等国也已开发和研究了这一新技术。

电子束加工原理及应用电子束加工（Electron Beam Machining, EBM）是一种高能电子束在材料上直接加热与蒸发的加工方法。

它利用电子加速器产生高能量电子束，通过电子与材料原子之间的相互作用，使原子受到高能电子的冲击，产生断裂、熔化和蒸发等现象，从而实现对材料的加工。

电子束加工具有高加工精度、加工速度快、无热影响区和无振动等优点，因此在航空航天、汽车、电子、医疗器械等领域具有广泛的应用。

电子束加工的原理主要包括电子束生成、准直、聚焦和冲击等过程。

首先，通过电子加速器将电子加速到高能态，这样产生的电子束具有很高的能量。

然后，利用准直系统对电子束进行整形，控制其形状和大小，使其能够准确地照射到加工目标上。

接下来，通过磁场控制系统对电子束进行聚焦，使其能够集中在一个较小的区域内。

最后，电子束与材料之间发生冲击，使材料表面的原子受到电子的冲击并产生断裂、熔化和蒸发等现象，从而实现对材料的加工。

电子束加工具有很多优点。

首先，由于电子束具有很高的能量，因此它能够快速加热和熔化材料，从而实现高加工速度。

其次，电子束加工的加热过程是无接触的，没有热传导和导热损失，因此不会引起材料变形和应力集中等问题，具有高加工精度。

此外，电子束加工没有振动和冲击力，可以避免材料表面的划痕和变形等问题。

最重要的是，电子束加工对材料的化学性质没有影响，能够实现对不易加工的材料的加工，如高熔点金属和陶瓷等。

电子束加工在航空航天领域有着广泛的应用。

由于电子束加工具有高加工精度和高能量特点，因而能够应用于航空航天领域中对材料性能要求较高的部件的制造。

比如，电子束加工常用于制作航空发动机喷嘴、涡轮叶片以及复杂的结构件等。

此外，电子束加工还可以用于航天器的表面处理，如表面改性、疏水处理等。

在汽车制造方面，电子束加工也具有很大的应用潜力。

汽车零部件通常由高强度和复杂形状的金属材料制成，而电子束加工能够实现对这些材料的高精度加工，从而提高零部件的质量和性能。

第八章电子束和离子束加工8.1 电子束加工概述电子束作为高能量密度热源，早已为人们所注意。

但直到1949年，联邦德国的斯太格瓦尔德才在0.5mm厚的不锈钢薄板上，用电子束钻出直径为0.2mm的孔。

1952年，研制出加速电压为125kV、功率为2.5kW的电子束装置，并钻出人造纤维喷丝板。

1957年，法国原子能委员会的斯托尔研制成功世界第一台用于生产的电子束焊接机。

原来用氩弧焊接的原子反应堆燃料元件锆包装封口，废品率高达30%，而采用电子束焊接后，所制产品全部合格。

这一成果显示出电子束加工的潜在前景，引起了世界各国重视。

1959年，联邦德国研制出多种用途的电子束加工机，可以用来钻孔、铣切和焊接。

20世纪60年代初，电子束打孔、铣切、焊接、镀膜、熔炼、区熔等技术，已成功地应用到原子能、航天、航空、电子和精密机械等部门中，促进了尖端技术的发展。

20世纪60年代中期，电子束加工技术又在新的领域内得到应用。

这一新技术就是电子束曝光。

随着微电子学的发展、集成度的提高，要突破常规光刻工艺所能达到的最小线宽——2μm的极限，必须探索新的光刻工艺。

受到扫描电镜高分辨率的启发，人们利用扫描电镜在光致抗蚀剂上进行曝光，终于得到了高分辨率的线条。

当时，单线条宽度可以达到45nm。

1967年，日本电子公司研制成JBX-2型扫描电子束曝光机。

此后，法国、美国等也研制出了扫描电子束曝光机。

70年代，人们开始致力于扫描电子束曝光机在电子器件生产线上的实用化研究，以提高微电子器件的生产效率和产品率。

目前扫描电子束曝光技术在微电子学工艺中制作掩膜或器件所能达到的最小线宽小于0.1μm。

我国对电子束加工技术的研究始于1960年。

最初是从电子束焊接和打孔着手。

60年代初先后研制出电子束焊接机、电子束打孔机以及人造纤维喷丝板电子束打孔机。

60年代中期，还研制出多种电子束熔炉、区域熔炼炉、镀膜机等设备。

70年代又进行了电子束曝光技术的研究，取得了许多领先的研究成果。

电子束加工和离子束技术的原理及电子束加工的应用一、电子束加工和离子束技术的原理及其比较1、电子束加工的原理电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高（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。

下面特殊介绍一下快速扫描电子束加工技术原理，通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。

由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。

由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。

总的来说，电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压(30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度（105～109w/cm2）的电子束。

当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。

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。

2、离子束技术的原理离子束加工技术是在真空条件下，将氩、氪、氙等惰性气体通过离子源产生离子束，经加速、集束、聚焦后，射到被加工表面上以实现各种加工的方法。

电子行业电子束和离子束加工简介在电子行业中，电子束和离子束加工是两种常用的微细加工技术。

它们利用高能电子束和离子束对材料进行加工，具有高精度、高效率和非接触等特点，在电子器件制造、表面改性和纳米加工等领域有广泛应用。

电子束加工基本原理电子束加工利用高速运动的电子束对材料表面进行加工。

通过控制电子束的能量和聚焦方式，可以实现在纳米到微米级别的精确加工。

其基本原理如下：•加速电子：采用电子枪将电子加速到较高能量，通常在几十千伏至几百千伏之间。

•焦点控制：利用一系列电场和磁场聚焦系统，将电子束聚焦到较小的直径，达到高分辨率的效果。

•扫描加工：通过控制电子束的位置和扫描速度，实现对材料表面的精确加工。

应用领域电子束加工在电子行业中有广泛的应用，包括但不限于以下领域：1.纳米微型器件加工：电子束加工可用于制造微型电子器件，如纳米线、纳米晶体管和MEMS器件等。

2.光刻：电子束激光刻蚀技术是集成电路制造中常用的工艺之一。

3.表面改性：通过控制电子束的能量和扫描方式，可以实现对材料表面的纹理、硬度和导电性等物理性质的改变。

4.纳米加工：电子束可以直接对纳米颗粒进行加工，制备纳米材料和纳米结构。

离子束加工基本原理离子束加工利用高能离子束对材料进行加工。

与电子束加工相比，离子束加工具有更高的穿透能力和更大的功率密度，可以实现更深入和更精确的加工效果。

其基本原理如下：•加速离子：采用离子源将离子加速到高能量，通常在几百电子伏至几千电子伏之间。

•焦点控制：通过控制电场和磁场分别作用的方式，实现对离子束的聚焦控制。

•碰撞损伤：高速离子束与材料表面相碰撞，产生碰撞损伤和表面变化。

应用领域离子束加工在电子行业中也有广泛的应用，主要应用于以下领域：1.纳米加工：离子束加工可用于纳米线、纳米颗粒和纳米薄膜的制备。

2.材料改性：通过离子束的碰撞和改变材料表面的结构，可以实现材料的硬化、改变导电性和抗腐蚀等性能。

3.表面涂层：离子束沉积技术可以实现对材料表面的镀膜、涂层和纳米颗粒的制备。

离子束加工的原理嘿，你知道吗？在这个科技日新月异的时代，有一种超级酷的加工技术，那就是离子束加工。

这可不是什么普通的加工方法，就像魔法一样，可以把材料雕琢成各种奇妙的形状呢。

我有个朋友小李，他就在一家高科技制造企业工作。

有一次我去他的公司参观，看到那些精密得让人惊叹的零部件，就好奇地问他是怎么制造出来的。

他神秘兮兮地告诉我：“这可多亏了离子束加工啊！”当时我就懵了，离子束加工？这到底是啥玩意儿？离子束加工啊，简单来说，就是利用离子束来对材料进行加工。

那离子束又是什么呢？离子束就像是一群超级微小但能量十足的小战士。

想象一下，在一个微观的世界里，这些离子就像一个个小箭头，每一个都带着特定的能量和任务。

在离子束加工的过程中，首先得有离子源。

这个离子源啊，就像是离子的“老家”，在这儿，原子或者分子被电离，然后被加速，就形成了离子束。

就好比是从一个训练基地里，培养出了一群训练有素、精力充沛的小战士，准备奔赴战场去完成任务。

我当时就问小李：“那这些离子束怎么就能加工材料呢？”小李笑着说：“你可别小看这些离子束，它们虽然小，但是能量大着呢。

”当离子束打到材料表面的时候，就像是一群小锤子不停地敲打材料。

这些离子束携带的能量，会使材料表面的原子发生各种变化。

如果能量足够大，就可以把材料表面的原子给敲下来，这就叫做溅射。

这就像用小锤子一点点地把多余的部分敲掉，从而塑造出我们想要的形状。

而且哦，离子束加工还能进行注入加工呢。

这就更神奇了，离子束带着特定的原子或者离子，就像带着特殊的种子一样，注入到材料的内部。

这时候，就好像在一块地里种上了特殊的种子，这些种子会改变材料内部的结构和性能。

比如说，让原本比较脆弱的材料变得更加坚固耐用，就像给一个瘦弱的人注入了力量一样。

我又忍不住问小李：“这离子束加工就这么精准吗？不会搞砸了吗？”小李自信地回答：“那当然精准啦。

”因为离子束可以被精确地控制。

操作人员就像一个指挥家，通过各种设备和技术，能够精确地控制离子束的能量、方向和剂量。

本科课程论文题目离子束加工原理特点及其应用研究学院专业机械设计制造及其自动化年级2012学号XX指导教师成绩2014年12 月10 日目录1 前言12 离子束加工的原理23 离子束加工的优缺点33.1离子束加工的优点33.1.1加工精度高33.1.2污染少、无氧化33.1.3对材料影响小33.2离子束加工的缺点34 离子束加工的分类34.1离子蚀刻44.2离子溅射沉积44.3离子镀44.4离子注入45离子束加工的主要应用45.1刻蚀加工的定义及具体应用领域55.1.1刻蚀加工的定义55.1.2刻蚀加工的应用领域55.2离子镀膜加工的定义及具体应用55.2.1离子镀膜加工的定义55.2.2离子镀膜加工的具体应用55.3离子注入加工的定义及具体应用6 6离子束加工应用现状67结语6参考文献7离子束加工原理特点及其应用研究摘要:本文分析离子束加工的原理特点，阐述了离子束加工作为加工精度最高的特种加工方法在微电子学领域中特别是纳米加工的重要性。

离子束加工按照其所利用的物理效应和达到的目的不同，可以分为四类，即离子蚀刻、离子溅射沉积和离子镀，离子注入。

离子束加工作为最近几年才发展起来的特种加工方法，极大的拓宽了人类对微细材料领域的探索；但是离子束加工的潜力还有待继续挖掘；目前因为加工设备费用贵，成本搞，加工效率低，一些技术还处于研发阶段等问题，离子束加工还未能普及。

但我们相信未来离子束加工必将被广泛应用，为人类发展带来更多的贡献。

关键词：离子束加工原理分类现状1 前言特种加工是现代先进制造工程技术中较为重要和实用的新技术之一，而且获得了较为广泛的应用，它是我国从制造大国过渡到制造强国的重要技术手段之一。

经过最近十几年的迅猛发展，各种特种加工方法在生产中的应用日益广泛，无论是在国内还是国外电加工机床年产量的年平均增长率均打打高于金属切削机床的增长率。

作为近年来获得较大发展的新兴特种加工方式，离子加工极高的加工精度和加工质量在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到了较多的应用，比如亚微米加工和纳米加工技术。