电子束加工方法教学课件PPT.ppt

电子束加工方法,电子束加工的原理,1.以高能电子束流作为热源，对工件或材料实施特殊的加工 2.完全不同于传统机械加工的新工艺,2019/4/6,电子束加工的分类,按照电子束加工所产生的效应，可以将其分为两大类： 1.电子束热效应 2.电子束化学效应,2019/4/6,电子束加工的产生,电子束加工简称为ebm， 是由德国的科学家k.h.施泰格 瓦尔特于1948年发明的。,电子束热加工,电子束热效应是将电子束的动能在材料表面转化成热能，以实现对材料的加工。,2019/4/6,在真空条件下，电子由电子枪的阴极发出，通过聚束极汇聚成电子束，在电子枪的加速电场作用下，电子的速度被提高到接近或达到光速的一半，具有很高的动能。,2019/4/6,电子束再经过聚焦线圈和偏转线圈的作用，汇聚成更细的束流。束斑的直径为数微米至1mm，在特定应用环境，束斑的直径甚至可以小到几十纳米，其能量非常集中。电子束的功率密度可高109w/mm。当电子束轰击材料时，电子与金属碰撞失去动能，大部分能量转化成热能，使材料局部区域温度急剧上升并且熔化，甚至气化而被去除，从而实现对材料的加工。通过电子束的热效应可以完成电子束熔炼，电子束焊接，电子束打孔等加工工序。,电子束的化学加工,功率密度相当低的电子束照射在工件表面上，几乎不会引起升温，但这样的电子束照射高分子材料时，就会由于入射电子与高分子相碰撞而使其分子链切断或重新聚合，从而使高分子材料的分子量和化学性质发生改变，这就是电子束的化学效应。,2019/4/6,电子束光刻技术是利用电子束在涂有电子抗蚀剂的晶片上直接描画或投影复印图形的技术。 电子抗蚀剂是一种对电子敏感的高分子聚合物。经过电子束扫描过的电子抗蚀剂发生分子链重组，使曝光图形部分的抗蚀剂发生化学性质改变。 经过显影和定影，获得高分辨率的抗蚀剂曝光图形。现代的电子束光刻设备已经能够制作小于10nm的精细线条结构。,电子束加工装置,电子束加工装置主要由电子枪，真空系统，控制系统，电源等几部分组成,电子枪,电子枪是获得电子的装置，它包括电子发射阴极，控制栅极和加速阳极等。 其中阴极经电流加热发射电子，带负电荷的电子高速飞向带高电位的正极，在飞向正极的过程中，经过加速，又通过聚焦装置将电子束聚焦成很小的束流。,2019/4/6,发射阴极：一般由纯钨制成,控制栅极：可以控制电子束的强弱，还有初步聚焦的作用,加速阳极：通常接地，而在阴极加以很高的负电压以驱使电子加速,1.保证电子束加工时维持1.33x10- 21.33x10-4pa的真空度，只有在真空中，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。,真空装置,控制系统和电源,控制系统是由束流聚焦控制，束流位置控制，束流强度控制以及工作台位移的控制等组成。,2019/4/6,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，它基本上决定着加工点的孔径和宽缝。 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。 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有数毫米，过大会增加像差并影响线性，因此在大面积加工时需要电动机控制工作台位置，并与电子束的偏转相配合。,2019/4/6,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，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。,电源：,电子束加工的应用范围,1.广泛用于不锈钢，耐热钢，合金钢，陶瓷，玻璃和宝石等难加工材料的圆孔，异型孔和窄缝的加工，最小孔径或缝宽可达0.0030.02微米。 2.电子束还可以用来焊接难熔金属，化学性能活泼的金属，以及碳钢，不锈钢，铝合金，钛合金等。另外，电子束还用于微加工的光刻中。,电子束加工的特点,1.电子束能聚焦成很小的斑点(直径一般为0.010.05毫米)，适合于加工微小的圆孔、异形孔或槽； 2.功率密度高,能加工高熔点和难加工材料如钨、钼、不锈钢、金刚石、蓝宝石、水晶、玻璃、陶瓷和半导体材料等； 3.无机械接触作用，无工具损耗问题； 4.加工速度快,