第七章其他特种加工技术 电子束、离子束和激光束加工
第七章 其他特种加工技术 电子束、离子束和激光束加工
第七章其他特种加工技术 11电子束加工 1.加工原理 电子束加工是利用高速电子的冲击动能来加工工 件的,如图1所示。在真空条件下,将具有很高速度和 能量的电子束聚焦到被加工材料上,电子的动能绝大 部分转变为热能,使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而 去除
第七章 其他特种加工技术 1.1 电子束加工 1. 加工原理 电子束加工是利用高速电子的冲击动能来加工工 件的，如图1所示。在真空条件下，将具有很高速度和 能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大 部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而 去除
第七章其他特种加工技术 电子枪系统 聚焦系统 抽真 电子束 空系 统 工件 电源 及控 制系 统 图1电子束加工原理
第七章 其他特种加工技术 图1 电子束加工原理电 子 枪 系 统 聚 焦 系 统 电 子 束 工 件 抽 真 空 系 统 电 源 及 控 制 系 统
第七章其他特种加工技术 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以进行电子 束焊接;提高电子束能量密度,使材料熔化和汽化, 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原理,即可进 行电子束光刻加工。 2.特点与应用 电子束加工的特点如下: (1)电子束能够极其徼细地聚焦(可达l~0.1pm), 故可进行微细加工
第七章 其他特种加工技术 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以进行电子 束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化， 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原理，即可进 行电子束光刻加工。 2．特点与应用 电子束加工的特点如下： (1) 电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1 μm)， 故可进行微细加工
第七章其他特种加工技术 (2)加工材料的范围广。由于电子束能量密度高,可使 任何材料瞬时熔化、汽化且机械力的作用极小,不易产生变 形和应力,故能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体 材料 (3)可通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等 进行控制,所以整个加工过程便于实现自动化。 (4)电子束的能量密度高,加工效率很高。 (5)加工在真空中进行,污染少,加工表面不易被氧化。 (6)电子束加工需要整套的专用设备和真空系统,价格 较贵,故在生产中受到一定程度的限制
第七章 其他特种加工技术 (2) 加工材料的范围广。由于电子束能量密度高，可使 任何材料瞬时熔化、汽化且机械力的作用极小，不易产生变 形和应力，故能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体 材料。 (3) 可通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等 进行控制，所以整个加工过程便于实现自动化。 (4) 电子束的能量密度高，加工效率很高。 (5) 加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。 (6) 电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格 较贵，故在生产中受到一定程度的限制
第七章其他特种加工技术 3.电子束加工的应用 1)高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达00003mm左右。 例如喷气发动机套上的冷却孔,机翼的吸附屏的孔。 在人造革、塑料上用电子束打大量微孔,可使其具有 如真皮革那样的透气性。电子束打孔还能加工小深孔, 如在叶片上打深度5mm、直径004mm的孔,孔的深 径比大于10:1
第七章 其他特种加工技术 3．电子束加工的应用 1）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达Ø0.003mm左右。 例如喷气发动机套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。 在人造革、塑料上用电子束打大量微孔，可使其具有 如真皮革那样的透气性。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
第七章其他特种加工技术 2)加工型孔及特殊表面 0.03~0.07mm 图2电子束加工的异形孔
第七章 其他特种加工技术 图2 电子束加工的异形孔 0.03～0.07 mm 2）加工型孔及特殊表面
第七章其他特种加工技术 1—工件; 2—工件运动方向 电子束 图3电子束加工曲面、穿孔
第七章 其他特种加工技术 图3 电子束加工曲面、穿孔 1 3 2 3 (a) (b) (c) (d) 1—工件； 2—工件运动方向； 3—电子束
第七章其他特种加工技术 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25μm,深025μm的细槽, 在混合电路电阻的金属镀层上刻出40μm宽的线条。电 子束刻蚀还可用于刻板,在铜制印刷滚筒上按色调深 浅刻出许多大小与深浅不一样的沟槽或凹坑,其直径 为70~120μm,深度为5~40μm,小坑代表浅色,大 坑代表深色
第七章 其他特种加工技术 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，深0.25μm的细槽， 在混合电路电阻的金属镀层上刻出40μm宽的线条。电 子束刻蚀还可用于刻板，在铜制印刷滚筒上按色调深 浅刻出许多大小与深浅不一样的沟槽或凹坑，其直径 为70～120μm，深度为5～40μm，小坑代表浅色，大 坑代表深色
第七章其他特种加工技术 4)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東作相对移动,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。 由于电子束的能量密度高,焊接速度快,所以电 子束焊接的焊缝深而窄,焊件热影响区小,变形小
第七章 其他特种加工技术 4）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。 由于电子束的能量密度高，焊接速度快，所以电 子束焊接的焊缝深而窄，焊件热影响区小，变形小