电子束加工的原理、结构及特点

如图9-5所示为电子束加工原理及结构图，它由高压电源、电子枪系统、真空系统和控制系统等组成。在真空条件下，利用电子枪系统中的电子发射阴极经电流加热发射电子束，通过控制栅极初步聚焦后，由加速阳极加速，再通过透镜聚焦系统进一步聚焦，就得到了能量密度极高（10⁶～10⁹W/cm²）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面的极小区域上（直径为5～10μm），其能量大部分转变为热能，使被冲击点处产生瞬时高温（在几分之一微秒时间内，温度急剧上升到几千摄氏度），从而引起材料的局部熔化和汽化，直至蒸发被真空系统抽走，以达到加工的目的。

图9-5 电子束加工原理及结构示意图

1）电子束加工是一种精密微细的加工方法，所以可用来加工微细深孔、窄缝和半导体集成电路等。

2）加工材料范围广。对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工；加工速度快，生产效率高，如每秒钟可以在2.5mm厚的钢板上加工出50个直径为0.4mm的孔。

3）由于电子束是在真空中加工，污染小，加工表面不氧化，所以特别适合于高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金的加工。

4）电子束加工是非接触式加工，所以零件不受机械力作用，加工零件不易产生宏观应力和变形。

5）加工过程易于实现自动化。

6）加工设备复杂，投资较大。

（1）电子束高速打孔及型面加工(www.xing528.com)

能量密度极高的电子束可以加工各种微细孔，最小直径可达ϕ0.003mm左右；加工小深孔，孔的深径比可达10∶1；加工型孔、斜孔、弯孔和特殊表面；在人造革和塑料上打大量微孔，以提高其透气性等。加工速率高，不受材料特性限制，且加工精度高。

（2）电子束焊接

电子束焊接是指利用电子束作为热源的一种焊接工艺。当高能量密度的电子束轰击焊接零件表面时，产生的瞬时高温使焊件接头处的金属熔化，在电子束连续不断地轰击下，形成一个被熔融金属环绕着的毛细管状的熔池，此时，若焊件以一定速度沿着焊缝与电子束做相对移动，由于电子束的离开，则接缝上的熔池重新凝固，使焊件的整个接缝形成一条焊缝。

电子束焊接的可焊材料非常广，除能对普通碳钢、不锈钢、合金钢、铜、铝等材料进行焊接外，还能焊接高熔点金属（如钽、铌、钼、钨等及其合金）、化学性能活泼金属（钛、锆、铀等）、异种金属（铜-不锈钢、钢-硬质合金等）、半导体材料和陶瓷等绝缘材料。

电子束焊接具有焊接速度快、焊缝深而窄、焊件热影响区小、变形小、焊接接头的强度高于母材等特点。应用非常广泛。

（3）电子束刻蚀

在微电子器件生产中，电子束可用来对陶瓷、半导体材料进行加工，刻出许多微细沟槽和孔来；可用来在混合电路电阻的金属镀层上刻出40μm宽的线条；可用来在加工过程中对电阻值进行测量校准；还可以进行刻蚀制版等。这些都可以用计算机自动控制完成。