1、-. z.本科課程論文題目離子束加工原理特點及其應用研究學院專業(yè)機械設計制造及其自動化年級 2012 *指導教師成績2014年 12 月 10 日目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc4061014741 前言 PAGEREF _Toc406101474 h 3HYPERLINK l _Toc4061014752 離子束加工的原理 PAGEREF _Toc406101475 h 3HYPERLINK l _Toc4061014763 離子束加工的優(yōu)缺點 PAGEREF _Toc406101476 h 3HYPERLINK l _Toc4061014773.1離子

2、束加工的優(yōu)點 PAGEREF _Toc406101477 h 3HYPERLINK l _Toc406101478加工精度高 PAGEREF _Toc406101478 h 3HYPERLINK l _Toc406101479污染少、無氧化 PAGEREF _Toc406101479 h 3HYPERLINK l _Toc406101480對材料影響小 PAGEREF _Toc406101480 h 3HYPERLINK l _Toc4061014813.2離子束加工的缺點 PAGEREF _Toc406101481 h 3HYPERLINK l _Toc4061014824 離子束加工的分類

3、 PAGEREF _Toc406101482 h 3HYPERLINK l _Toc4061014834.1離子蝕刻 PAGEREF _Toc406101483 h 3HYPERLINK l _Toc4061014844.2離子濺射沉積 PAGEREF _Toc406101484 h 3HYPERLINK l _Toc4061014854.3離子鍍 PAGEREF _Toc406101485 h 3HYPERLINK l _Toc4061014864.4離子注入 PAGEREF _Toc406101486 h 3HYPERLINK l _Toc4061014875離子束加工的主要應用 PAGE

4、REF _Toc406101487 h 3HYPERLINK l _Toc4061014885.1刻蝕加工的定義及具體應用領域 PAGEREF _Toc406101488 h 3HYPERLINK l _Toc406101489刻蝕加工的定義 PAGEREF _Toc406101489 h 3HYPERLINK l _Toc406101490刻蝕加工的應用領域 PAGEREF _Toc406101490 h 3HYPERLINK l _Toc4061014915.2離子鍍膜加工的定義及具體應用 PAGEREF _Toc406101491 h 3HYPERLINK l _Toc406101492

5、離子鍍膜加工的定義 PAGEREF _Toc406101492 h 3HYPERLINK l _Toc406101493離子鍍膜加工的具體應用 PAGEREF _Toc406101493 h 3HYPERLINK l _Toc4061014945.3離子注入加工的定義及具體應用 PAGEREF _Toc406101494 h 3HYPERLINK l _Toc4061014956離子束加工應用現狀 PAGEREF _Toc406101495 h 3HYPERLINK l _Toc4061014967結語 PAGEREF _Toc406101496 h 3HYPERLINK l _Toc4061

6、01497參考文獻 PAGEREF _Toc406101497 h 3-. z.離子束加工原理特點及其應用研究摘要:本文分析離子束加工的原理特點，闡述了離子束加工作為加工精度最高的特種加工方法在微電子學領域中特別是納米加工的重要性。離子束加工按照其所利用的物理效應和到達的目的不同，可以分為四類，即離子蝕刻、離子濺射沉積和離子鍍，離子注入。離子束加工作為最近幾年才開展起來的特種加工方法，極大的拓寬了人類對微細材料領域的探索；但是離子束加工的潛力還有待繼續(xù)挖掘；目前因為加工設備費用貴，本錢搞，加工效率低，一些技術還處于研發(fā)階段等問題，離子束加工還未能普及。但我們相信未來離子束加工必將被廣泛應用，為

7、人類開展帶來更多的奉獻。關鍵詞：離子束加工原理分類現狀1 前言特種加工是現代先進制造工程技術中較為重要和實用的新技術之一，而且獲得了較為廣泛的應用，它是我國從制造大國過渡到制造強國的重要技術手段之一。經過最近十幾年的迅猛開展，各種特種加工方法在生產中的應用日益廣泛，無論是在國還是國外電加工機床年產量的年平均增長率均打打高于金屬切削機床的增長率。作為近年來獲得較大開展的新興特種加工方式，離子加工極高的加工精度和加工質量在精細微細加工方面，尤其是在微電子學領域中得到了較多的應用，比方亞微米加工和納米加工技術。納米科技作為一種極具潛力的前沿科技，其未來開展必定對人類生活有著極大的影響，而作為操作納米

8、級材料的手段，對離子束加工的研究也極具意義。本文就離子束加工的原理特點進展歸納總結，并詳細闡述離子束加工的應用前景及未來開展趨勢。2離子束加工的原理離子束加工技術是利用離子束對材料進展成形或改性的加工方法，其加工原理和電子束加工類似，也是在真空條件下進展，把先由電子槍產生電子束，再引入已抽成真空且充滿惰性氣體之電離室中，使低壓惰性氣體離子化。由負極引出陽離子又經加速、集束等步驟，最后射入工件外表，以到達加工處理的目的。與電子束加工不同的是離子帶正電荷，其質量比電子的質量大干萬倍。由于離子質量較大，故在同樣的電場中加速較慢，速度較低，然而一旦加速到較高速度，用離子束加速轟擊工件外表，將比電子束具

9、有更大的能量。電子束加工主要通過熱效應來蝕除材料，而離子束加工，由于離子本身質量較大，撞擊工件材料時，能引起材料的變形、別離、破壞等機械作用，從而到達去除材料的目的。3 離子束加工的優(yōu)缺點3.1離子束加工的優(yōu)點加工精度高由于離子束可以通過電子光學系統(tǒng)進展聚焦掃描，離子束轟擊材料是逐層去除原子，離子束流密度及離子能量可以準確控制，所以離子蝕刻可以到達納米級的加工精度。離子鍍膜可以控制在亞微米級精度離子注入的深度和濃度也可以準確地控制。因此，離子束加工是所有特種加工中最精細、最細微的加工方法，是當代納米加工技術的根底。污染少、無氧化由于離子束加是在高真空中進展的，所以污染少，特別適用于易氧化的金屬

10、、合金材料和高純度半導體材料的加工。對材料影響小離子束加工是靠轟擊材料表層原子來實現的。它是一種微觀作用，宏觀壓力很小，故加工應力、熱變形等極小，加工質量高，適用于各種材料和低剛度零件的加工。3.2離子束加工的缺點離子束加工設備費用高，本錢高，加工效率低，因此應用圍受到一定限制。4 離子束加工的分類離子束加工按照其所利用的物理效應和到達的目的不同，可以分為四類，即利用離子撞擊和濺射效應的離子蝕刻、離子濺射沉積和離子鍍，以及利用離子注入效應的離子注入。4.1離子蝕刻離子蝕刻使用能量為0.55keV的氬離子傾斜轟擊工件，將工件外表的原子逐個剝離。、其實質是一種原子尺度的切削加工，所以又稱離子銑削。

11、4.2離子濺射沉積離子濺射沉積也是利用能量為0.55keV的氬離子，傾斜轟擊*種材料制成的靶，離子將靶材原子擊出，垂直沉積在靶材附近的工件上，使工件外表鍍上一層薄膜。所以濺射沉積史一種鍍膜工藝。4.3離子鍍離子鍍也稱離子濺射輔助沉積么，也是利用能量為0.55keV的氬離子，不同的是鍍膜是離子束同時轟擊靶材和工件外表。目的是增強膜材與工件基材之間的結合力。也可將靶材高溫蒸發(fā)，同時進展離子撞擊鍍膜。4.4離子注入離子注入5500V較高能量的離子束，直接垂直轟擊被加工材料，由于離子能量巨大離子就鉆進被加工材料的外表層。工件外表層含有注入離子后，化學成分就發(fā)生改變，從而改變了工件外表層的物理、化學和力

12、學性能。5離子束加工的主要應用離子束加工的應用領域正在日益擴大、不斷創(chuàng)新。目前用于改變零件外表尺寸和外表物理、力學性能的離子束加工有：刻蝕加工、離子鍍膜加工和離子注入加工等。5.1刻蝕加工的定義及具體應用領域刻蝕加工的定義離子刻蝕是從工件上去除材料，是一個撞擊過程。離子束刻蝕工藝的一個很重要的物理參數是刻蝕速率，它表征著每一個入射離子打出的原子數?？涛g速率與離子束能量、束流大小、離子束轟擊外表的入射角以及被加工材料的原子構造、晶向等許多因素有關。離子束能量、束流越大，刻蝕速率越大?？涛g加工的應用領域刻蝕加工一方面可用于加工陀螺儀空氣軸承和動壓馬達的溝槽，分辨率高，精度、重復一致性好。也可用于加

13、工費球面鏡。離子束刻蝕加工應用的另一方面是刻蝕高精度的圖形，如集成電路、聲外表波器件、磁泡器件、光電器件和光集成器件等。離子束刻蝕系統(tǒng)的優(yōu)點在于：分辨率高，可得小于10nm的特征尺寸；課修復光學掩膜；直接離子移植。5.2離子鍍膜加工的定義及具體應用離子鍍膜加工的定義離子鍍是在真空蒸發(fā)鍍和濺射鍍膜的根底上開展起來的一種鍍膜新技術，將各種氣體放電方式引入到氣相沉積領域，整個氣相沉積過程都是在等離子體中進展的。鍍膜時，工件基片帶負偏壓，工件始終受高能離子的轟擊。具有形成膜層與膜基結合力好、膜層的繞鍍性好、膜層組織可控參數多、膜層粒子總體能量高，容易進展反響沉積，可以在較低溫度下獲得化合物膜層等優(yōu)點。

14、離子鍍膜加工的具體應用離子鍍可鍍材料圍廣泛，不管金屬、非金屬外表上均可鍍制金屬或非金屬薄膜，各種合金、化合物、或*些合成材料、半導體材料、高熔點材料亦均可鍍覆。離子束鍍膜技術可用于鍍制潤滑膜、耐熱膜、耐磨膜、裝飾膜和電氣膜等。離子束裝飾膜。離子束鍍膜代替鍍鉻硬膜，可減少鍍鉻公害。提高刀具的壽命。5.3離子注入加工的定義及具體應用離子注入加工的定義離子注入加工是向工件外表直接注入離子，它不受熱力學限制，可以注入任何離子，且注入量可以準確地控制。注入離子是固溶在工件材料中的，注入深度可達1m，甚至更深。離子注入加工的具體應用離子注入加工主要應用在半導體領域，在國外應用都很普遍；另外在光學領域和改善

15、工件的潤滑性、耐磨性、硬度等方面也有著較多的應用。6離子束加工應用現狀離子束技術在歐洲已廣泛應用于機械制造業(yè)，并且由于歐美國家在離子束應用方面開展較早，在技術方面領先我們不少；雖然我國也很重視離子束技術的開發(fā)和應用，研究成果很先進，也有少量應用。但由于投資力度小。一般僅能維持研究用經費。無力將科技成果推廣到太規(guī)模生產中去。我認為極有必要不失時機地加速離子束技術產業(yè)化的進程，這方面有一些歷史經歷教訓值得吸取，如前聯(lián)因一直未重視硅而僅重視鍺的研究，從而使得在集成電路開展方面始終處于落后地位，今天趕超起來就顯得十分吃力。7結語雖然我國家是制造業(yè)大國，但是在機床設備領域我國一直比擬落后，在我國新一輪的制造業(yè)轉型中，作為先進特種加工方法中極具代表性的離子束加工必定會獲得深遠的開展。傳統(tǒng)的機械加工方法和其他特種加工方法都不能到達離子束加工的精度，在未來的微納米以及納米級加工中，離子束必將發(fā)揮其巨大的作用，但現在離子束加工未能普及是因為其加工設備費用貴，本錢搞，加工效率低，一些技術還處于研發(fā)階段。但我相信未來離子束加工必將被廣泛應用，