電子束離子束系統的工作原理

2022-07-11 07:48:02 字數 1760 閱讀 9850

1、電子束工作原理

利用聚集後能量密度較高(106~109(w/cm)2)的電子束,以極高的速度衝擊到工件表面極小的面積上,在短時間內(幾分之一微秒)內,其能量的大部分轉變為熱能,使被衝擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫,從而引起材料的區域性溶化和氣化,被真空系統抽走。

2、電子束加工特點

1)由於電子束能夠極其微細地聚焦,甚至能聚焦到0.1μm,所以加工面積可以很小,是一種精密微細的加工方法。

2)電子束能量密度很高,在極微小束斑上能達到使照射部分的溫度超過材料的熔化和氣化溫度,去除材料主要靠瞬時蒸發,是一種非接觸式加工。

3)由於電子束的能量密度高,而且能量利用率可達90%以上,因而加工生產率很高。

4)可以通過磁場或電場對電子束的強度、位置、聚焦等進行直接控制,所以整個加工過程便於實現自動化。

5)由於電子束加工在真空中進行,因而汙染少,加工表面不氧化,特別適用於加工易氧化的金屬及合金材料,以及純度要求極高的半導體材料。

6)電子束加工需要一套專用裝置和真空系統,**較貴,因而生產應用有一定侷限性。

3、電子束加工的應用

1.打孔:提高電子束能量密度,使材料熔化和汽化。

2.焊接:使材料區域性熔化就可以進行電子束焊接。

3.熱處理:電子束熱處理是把電子束作為熱源,並適當控制電子束的功率密度,使金屬表面加熱而不熔化,達到熱處理的目的。

4.電子束刻蝕加工:利用較低能量密度的電子束轟擊高分子材料時產生化學變化的原理,即可進行電子束光刻加工。

5.電子束表面改性:表面淬火、表面熔凝、表面合金化、表面熔覆和製造表面非晶態層。經表面改性的表層一般具有較高的硬度、強度以及優良的耐腐蝕和耐磨效能。

4、離子束加工原理:

與電子束加工原理基本相同,但是也存在不同。比如:離子帶正電荷,其質量比電子大數千倍乃至數萬倍,故在電場中加速較慢,但一旦加至較高速度,就比電子束具有更大的撞擊動能。

即:電子束加工是靠電能轉化為熱能進行加工的;離子束加工是靠電能轉化為動能進行加工的

5、離子束加工的分類

離子束加工的物理基礎是離子束射到材料表面時所發生的撞擊效應、濺射效應和注入效應。分以下四類:

(1)離子刻蝕 :採用能量為0.1~5kev、直徑為十分之幾奈米的的氬離子轟擊工件表面;本質上屬於一種原子尺度的切削加工,通常又稱為離子銑削。

(2)離子濺射沉積:採用能量為0.1~5kev的氬離子轟擊某種材料製成的靶材,將靶材原子擊出並令其沉積到工件表面上並形成一層薄膜。實際上此法為一種鍍膜工藝 。

(3)離子鍍膜:離子鍍膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉積,另一方面還有高速中性粒子打擊工件表面以增強鍍層與基材之間的結合力(可達10~20mpa)。

(4)離子注入:用5~500kev能量的離子束,直接轟擊工件表面,由於離子能量相當大,可使離子鑽進被加工工件材料表面層,改變其表面層的化學成分,從而改變工件表面層的機械物理效能

6、離子束加工特點

1)加工精度高,易精確控制:離子束可以通過離子光學系統進行聚焦掃瞄,共聚焦光斑可達1μm以內,因而可以精確控制尺寸範圍。離子束轟擊材料是逐層去除原子,所以離子刻蝕可以達到毫微公尺(0.

001μm)級的加工精度。離子鍍膜可以控制在亞微公尺級精度,離子注入的深度和濃度也可極精確地控制。

2)汙染少:離子束加工在高真空中進行,汙染少,特別適合於加工易氧化的金屬、合金及半導體材料。

3)加工應力、變形極小:離子束加工是一種原子級或分子級的微細加工,作為一種微觀作用,其巨集觀壓力很小,適合於各類材料的加工,而且加工表面質量高。

7、離子束加工的應用

1.離子束刻蝕加工

2.離子鍍膜加工

3.離子注入加工

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