離子束加工原理

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離子束加工原理

電子發燒友 發表於 2011-05-22 12:48:41

離子束加工原理

離子束加工（ion beam machining，IBM）是在真空條件下利用離子源（離子槍）產生的離子經加速聚焦形成高能的離子束流投射到工件表面，使材料變形、破壞、分離以達到加工目的。
因為離子帶正電荷且質量是電子的千萬倍，且加速到較高速度時，具有比電子束大得多的撞擊動能，因此，離子束撞擊工件將引起變形、分離、破壞等機械作用，而不像電子束是通過熱效應進行加工。

2.離子束加工特點

加工精度高。因離子束流密度和能量可得到精確控制。
在較高真空度下進行加工，環境汙染少。特別適合加工高純度的半導體材料及易氧化的金屬材料。
加工應力小，變形極微小，加工表面質量高，適合於各種材料和低剛度零件的加工。

3.離子束加工的應用範圍
離子束加工方式包括離子蝕刻、離子鍍膜及離子濺射沉積和離子注入等。

1）離子刻蝕

當所帶能量為0.1～5keV、直徑為十分之幾納米的的氬離子轟擊工件表面時，此高能離子所傳遞的能量超過工件表面原子或分子間鍵合力時，材料表面的原子或分子被逐個濺射出來，以達到加工目的
這種加工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。
離子束刻蝕可用於加工空氣軸承的溝槽、打孔、加工極薄材料及超高精度非球面透鏡，還可用於刻蝕集成電路等高精度圖形。
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），
此法適應性強、膜層均勻緻密、韌性好、沉積速度快，目前已獲得廣泛應用。
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性能。
此法不受溫度及注入何種元素及粒量限制，可根據不同需求注入不同離子（如磷、氮、碳等）。
注入表面元素的均勻性好，純度高，其注入的粒量及深度可控制，但設備費用大、成本高、生產率較低。

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