电子束和离子束加工详解.ppt

* * * * 图 离子束刻蚀机 离子注入加工是将所要注入的元素进行电离，并将正离子分离和加速，形成具有数十万电子伏特的高能离子流，轰击工件表面，离子因动能很大，被打入表层内，其电荷被中和，成为置换原子或晶格间的填隙原子，被留于表层中，使材料的化学成分、结构、性能产生变化。 离子注入可提高材料的耐腐蚀性能，改善金属材料的耐磨性能，提高金属材料的硬度，改善金属材料的润滑性能等。 离子注入 图 多功能离子束增强沉积设备 * 离子镀和离子溅射镀膜 （1）精密滚珠轴承采用离子镀膜后，使用寿命延长到数千小时； （2）刀具镀以几微米厚的TiN、TiC涂层后，寿命提高3~10倍； （3）在钛合金叶片上沉积一层贵金属（Pt、Au、Rh等）涂层，可使疲劳强度增加30%，抗氧化与耐腐蚀能力也大大提高。 离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子镀膜附着力强、膜层不易脱落。这首先是由于镀膜前离子以足够高的动能冲击基体表面，清洗掉表面的占污和氧化物，从而提高了工件表面的附着力。其次是镀膜刚开始时，由工件表面溅射出来的基材原子，有一部分会与工件周围气氛中的原子和离子发生碰撞而返回工件。这些返回工件的原子与镀膜的膜材原子同时到达工件表面，形成了膜材原子和基材原子的共混膜层。而后，随膜层的增厚，逐渐过渡到单纯由膜材原子构成的膜层。混合过渡层的存在，可以减少由于膜材与基材两者膨胀系数不同而产生的热应力，增强了两者的结合力，是膜层不易脱落，镀层组织致密，针孔气泡少。 离子镀和离子溅射镀膜 离子镀的可镀材料广泛，可在金属或非金属表面上镀制金属或非金属材料，各种合金、化合物、某些合成材料、半导体材料、高熔点材料等。 离子镀已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。用离子镀方法在切削工具表面镀氮化钛、碳化钛等超硬层，可以提高刀具的耐用度。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 电子束和离子束加工 * 主要内容 电子束加工 离子束加工 * 1、概述 电子束加工（Electron Beam Machining 简称EBM）起源于德国。1948年德国科学家斯特格瓦发明了第一台电子束加工设备。 利用高能量密度的电子束对材料进行工艺处理的一切方法统称为电子束加工。 电子束加工 * 电子束加工应用于：电子束焊接、打孔、表面处理、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻、铣切、切割以及电子束曝光等。 世界上电子束加工技术较先进的国家：德国、日本、美国、俄罗斯以及法国等。 经过几十年的发展，目前电子束加工技术已在核工业、航空宇航、精密制造等工业部门广泛应用。 * 在真空条件下，利用电子枪中产生的电子经加速、聚焦后能量密度为106～109w/cm2的极细束流高速冲击到工件表面上极小的部位，并在几分之一微秒时间内，其能量大部分转换为热能，使工件被冲击部位的材料达到几千摄氏度，致使材料局部熔化或蒸发，来去除材料。 电子束加工原理 2、加工原理 * （1）只使材料局部加热就可进行电子束热处理； （2）使材料局部熔化就可以进行电子束焊接； （3）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； （4）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。 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。 * 电子束加工装置主要由以下几部分组成。 （1）电子枪。获得电子束的装置。它包括： 电子发射阴极—用钨或钽制成，在加热状态下发射电子。 控制栅极—既控制电子束的强弱，又有初步的聚焦作用。 加速阳极—通常接地，由于阴极为很高的负压，所以能驱使电子加速。 图 电子束加工装置示意图 1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发射电子的阴极；7-控制栅极； 8-光学观察系统；9-带窗真空室门；10-工件 3、加工装置 * 保证电子加工时所需要的真空度。一般电子束加工的的真空度维持在1.33×10-2~ 1.33×10-4 Pa。 （3）控制系统和电源。 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。 图6-2 电子束加工装置示意图 1-工作台系统；2-偏转线圈；3-电磁透镜；4-光阑； 5-加速阳极；6-发