所不同的是离子定氮仪带正电荷

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图9.6.3 电子束加工曲面、弯孔3.光刻电子束光刻加工如图9.6.4所示。当用低能量密度的电子束照射高分子材料时,将使材料分子链被切断或重新聚合,引起分子量变化,即产生了潜象,再将其浸入合适的溶剂中便将潜象显影出来。把这种方法与其他处理工艺结合使用,就能实现在金属掩膜或材料表面上刻槽。4.其他应用用计算机控制对陶瓷、半导体或金属材料进行电子束刻蚀加工;异种金属焊接;精加工后的·375· 图9.6.4 电子束光刻加工过程焊接;电子束热处理等。9.7 离子束加工9.7.1 离子束加工原理离子束加工原理与电子束加工原理基本类似,也是在真空条件下,将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工目的的。所不同的是离子定氮仪带正电荷,其质量比电子大数千倍乃至数万倍,故在电场中加速较慢,但一旦加至较高速度,就比电子束具有更大的撞击动能。离子束加工是靠微观机械撞击能量转化为热能进行的。离子束加工包括离子刻蚀、离子溅射沉积、离子镀和离子注入等,如图9.7.1所示。离子刻蚀是用能量为0.5~5keV的氩离子轰击工件,将加工部位的原子逐个剥离。这种原子尺度的切削加工又称为离子铣削。如把被轰击的工件换成某种材料制成的靶,那么离子就会将靶材原子


海德体育击出,沉积在靶材附近的工件上,使工件表面镀上一层薄膜。这种镀膜工艺又称为离子溅射沉积。离子镀是用0.5~5keV的氩离子,在镀膜前或镀膜时轰击工件表面,以增强膜材与工件基体之间的结合力。离子注入是采用5~500keV能量的离子束,直接轰击被加工材料。离子钻进被加工材料表面零点几微米,改变了工件表面化学成分,从而改变了工件表面的机械物理性能。9.7.2 离子束加工特点(1)加工精度高(微米级)。因离子束流密度及离子的能量可得到精确控制。(2)加工应力小,变形极微小,加工质量高,适于各种材料和低刚度零件的加工。(3)因在较高的真空度中进行加工,故污染小,特别适于加工易氧化的金属材料及半导体材料。9.7.3 离子束加工的应用1.刻蚀加工离子刻蚀加工是逐个原子剥离的过程。剥离速度大约每秒一层到几十层原子。多数材料在 ·376· 3000eV到5000eV时刻蚀率最高。入射角一般宜取为40°~60°。离子束刻蚀可用于加工空气轴承的沟槽、打孔、加工极薄材料及超高精度非球面透镜。例如:当放电电压为3000V时,经聚焦可产生能量为10~15keV、束流强度0.5mA的离子束,实现3在10μm厚的镍铂上打出直径为20μm的小孔;在玻璃上打出6μm的小孔。用20×10V的加速电压加速氩离子使其轰击已被机械磨光的玻璃时,玻璃表面1μm左右被剥离并形成极光滑的表面。用离子轰击厚度为0.2μm的玻璃,能改变其折射率分布,使之具有偏光作用。离子束还可用于刻蚀集成电路等器件的高精度图形。图9.7.1 各类离子束加工示意1—离子源;2—吸极;3—离子束;4—工件;5—靶材2.镀膜加工离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子镀时工件不仅接受靶材溅射出来的原子,还同时受到离子的轰击,因此具有许多独特的优点。工件在镀膜前存在的表面污物和氧化物首先被离

海德体育子清洗掉,提高了工件表面的附着力。镀膜开始时,由工件表面溅射出来的基材原子,有一部分与工件周围气氛中的原子和离子发生碰撞而返回工件。它们与镀膜的膜材原子同时到达工件表面,从而形成了基材原子与膜材原子的共混膜层。随着膜层的增厚,逐渐过渡到单纯膜材原子构成的膜层。由于存在有混合过渡层,使得因膜材和基材膨胀系数不同而产生的热应力减少,增强了结合力,膜层不易脱落。离子镀镀层组织细密,针孔气泡少。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,已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨损膜、装饰膜和电气膜等。3.注入加工离子注入是向工件表面直接注入离子。注入量可精确控制,深度可达1μm以上。离子注入已在半导体方面得到了广泛的应用。当用硼、磷等“杂质”离子注入半导体时,改变了它的导电型式(P型或N型),可制造出一些通常热扩散难以得到的、各种特殊要求的半导体器件。  离子注入可以改变金属表面的物理化学性能,也可以制造出新合金,从而改变了金属表面的耐腐蚀、耐磨损和润滑性能。上述几种常用特种加工方法的综合比较见表9.7.1。·377· 表9.7.1 几种常用特种加工方法的综合比较加工方法可加工材料工具损耗率/(%)最低/平均材料去除率/(mm3/min)平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度/μm平均/最高主要适用范围 从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等。如圆孔、方孔、导电火花加工0.1/1030/300000.03/0.0003Ra10/Ra0.04形孔、深孔、微孔、弯孔、螺纹孔以及冲模、锻模、压铸模、塑料模、拉丝模。还可刻字、表面强化、涂覆加工电火花线切割加工 任何导电的金属材料如硬质合金、耐热钢、不锈较小(可补偿)


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