电子束加工原理及特点

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《特种加工手册》第588页（1309字）

9．2．1．1 加工原理

电子束加工(electron beam machining，简称EBM)，如图9-5所示，是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子，经加速、聚焦，形成高速度、高能量密度(10⁶～10⁹W／cm²)的极细束流，冲击工件表面极小的面积，电子动能大部分转换为热能，令这一极小面积的材料在极短时间(几分之一微秒)内达到几千摄氏度以上，热量来不及传导扩散，从而引起该处材料熔化或蒸发．或者利用低能电子束轰击高分子材料，使它的分子链切断或重新聚合，从而使高分子材料的化学性质和相对分子质量发生变化．上述加工方法，称为电子束加工．

图9-5 电子束加工原理图

由于电子质量很校易于通过电场使之加速并可形成极窄的束流实现聚焦、弯曲和偏转．

电子束照射在工件表面的功率密度为

q=U·I／πr² (9-7)

式中：q——功率密度(W／cm²)；

U——加速电压(V)；

I——电子束电流(A)；

r——集束斑点半径(cm)．

9．2．1．2 加工特点

(1)功率密度高．电子束径可达微米级，故轰击点瞬时温度高达数千摄氏度，足以使任何材料熔化和汽化．由此可知，电子束可用来加工任何材料的微孔或窄缝、半导体电路等，是一种微细加工方法．

(2)工件变形校电子束是一种热能加工，其特点是：瞬时(作用时间仅几分之一微秒)，作用面积又很微校故加工部位热影响区很小(约几个微米)，在加工过程中无机械力作用，工件很少产生应力和变形，也不存在工具损耗问题，尤其是加工精度高，表面质量好．对各种材料(脆性及韧性材料，导体、半导体及非导体材料)均可加工．

(2)真空环境下加工点不受杂质污染．全部加工过程在真空度为10^－2～10^－4Pa的真空室内进行，加工点能防止空气氧化产生的杂质，保持高纯度．适于加工易氧化金属及合金材料，特点是纯度要求极高的半导体材料．

(4)电子束强度、位置、聚焦可精确控制．位置控制准确度可达0．1μm左右，强度和束斑大小控制误差可达1%以下．通过磁场和电场可使电子束以任意速度在工件上运行，便于计算机控制，实现过程自动化．

(5)电子束加工需专用设备，加工成本高．