电子束离子束激光束加工精选文档.ppt

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1、电子束离子束激光束电子束离子束激光束加工加工本讲稿第一页，共四十页1.1 电子束加工电子束加工1.加工原理加工原理电电子子束束加加工工是是利利用用高高速速电电子子的的冲冲击击动动能能来来加加工工工工件件的的，如如图图1所所示示。在在真真空空条条件件下下，将将具具有有很很高高速速度度和和能能量量的的电电子子束束聚聚焦焦到到被被加加工工材材料料上上，电电子子的的动动能能绝绝大大部部分分转转变变为为热热能能，使使材材料料局局部部瞬瞬时时熔熔融融、汽汽化化蒸蒸发发而而去除。去除。本讲稿第二页，共四十页图图1 电子束加工原理电子束加工原理本讲稿第三页，共四十页控控制制电电子子束束能能量量密密度度的的大大

2、小小和和能能量量注注入入时时间间，就就可可以以达达到到不不同同的的加加工工目目的的。如如只只使使材材料料局局部部加加热热就就可可进进行行电电子子束束热热处处理理；使使材材料料局局部部熔熔化化就就可可以以进进行行电电子子束束焊焊接接；提提高高电电子子束束能能量量密密度度，使使材材料料熔熔化化和和汽汽化化，就就可可进进行行打打孔孔、切切割割等等加加工工；利利用用较较低低能能量量密密度度的的电电子子束束轰轰击击高高分分子子材材料料时时产产生生化化学学变变化化的的原原理理，即即可可进进行电子束光刻加工。行电子束光刻加工。2特点与应用特点与应用电子束加工的特点如下：电子束加工的特点如下：(1)电电子子束

3、束能能够够极极其其微微细细地地聚聚焦焦(可可达达l0.1 m)，故可进行微细加工。故可进行微细加工。本讲稿第四页，共四十页 (2)加加工工材材料料的的范范围围广广。由由于于电电子子束束能能量量密密度度高高，可可使使任任何何材材料料瞬瞬时时熔熔化化、汽汽化化且且机机械械力力的的作作用用极极小小，不不易易产产生生变变形形和和应应力力，故故能能加加工工各各种种力力学学性性能能的的导导体体、半半导导体体和和非非导导体体材料。材料。(3)可可通通过过磁磁场场或或电电场场对对电电子子束束的的强强度度、位位置置、聚聚焦焦等等进行控制，所以整个加工过程便于实现自动化。进行控制，所以整个加工过程便于实现自动化。

4、(4)电子束的能量密度高，加工效率很高。电子束的能量密度高，加工效率很高。(5)加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。(6)电电子子束束加加工工需需要要整整套套的的专专用用设设备备和和真真空空系系统统，价价格格较贵，故在生产中受到一定程度的限制。较贵，故在生产中受到一定程度的限制。本讲稿第五页，共四十页3电子束加工的应用电子束加工的应用1）高速打孔）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达目前电子束打孔的最小直径可达0.003mm左右。左右。例如例如喷喷气气发动发动机套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。机套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。在人造革、

5、塑料上用在人造革、塑料上用电电子束打大量微孔，可使其具有子束打大量微孔，可使其具有如真皮革那如真皮革那样样的透气性。的透气性。电电子束打孔子束打孔还还能加工小深孔，能加工小深孔，如在叶片上打深度如在叶片上打深度5mm、直径、直径0.4mm的孔，孔的深的孔，孔的深径比大于径比大于10：1。本讲稿第六页，共四十页图图2 电子束加工的异形孔电子束加工的异形孔2）加工型孔及特殊表面）加工型孔及特殊表面 本讲稿第七页，共四十页图图3 电子束加工曲面、穿孔电子束加工曲面、穿孔本讲稿第八页，共四十页3）刻蚀）刻蚀 在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，在微电子器件生产中，为了制造多层固体组件，可利用电子

6、束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽可利用电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔。如在硅片上刻出宽和孔。如在硅片上刻出宽2.5m，深，深0.25m的的细细槽，槽，在混合在混合电电路路电电阻的金属阻的金属镀层镀层上刻出上刻出40m宽宽的的线线条。条。电电子束刻子束刻蚀还蚀还可用于刻板，在可用于刻板，在铜铜制印刷制印刷滚滚筒上按色筒上按色调调深深浅刻出浅刻出许许多大小与深浅不一多大小与深浅不一样样的沟槽或凹坑，其直径的沟槽或凹坑，其直径为为70120m，深度，深度为为540m，小坑代表浅色，大坑，小坑代表浅色，大坑代表深色。代表深色。本讲稿第九页，共四十页4）焊接）焊接 电子束焊接是利用电子

7、束作为热源的一种焊接工电子束焊接是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件表面时，使焊件艺。当高能量密度的电子束轰击焊件表面时，使焊件接头处的金属熔融，在电子束连续不断地轰击下，形接头处的金属熔融，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，如果焊成一个被熔融金属环绕着的毛细管状的熔池，如果焊件按一定速度沿着焊件接缝与电子束作相对移动，则件按一定速度沿着焊件接缝与电子束作相对移动，则接缝上的熔池由于电子束的离开而重新凝固，使焊件接缝上的熔池由于电子束的离开而重新凝固，使焊件的整个接缝形成一条焊缝。的整个接缝形成一条焊缝。由于电子束的能量密度高，焊接

8、速度快，所以电由于电子束的能量密度高，焊接速度快，所以电子束焊接的焊缝深而窄，焊件热影响区小，变形小。子束焊接的焊缝深而窄，焊件热影响区小，变形小。本讲稿第十页，共四十页5）热处理）热处理 电子束热处理也是把电子束作为热源，但适当控电子束热处理也是把电子束作为热源，但适当控制电子束的功率密度，使金属表面加热而不熔化，达制电子束的功率密度，使金属表面加热而不熔化，达到热处理的目的。电子束热处理的加热速度和冷却速到热处理的目的。电子束热处理的加热速度和冷却速度都很高，在相变过程中，奥氏体化时间很短，只有度都很高，在相变过程中，奥氏体化时间很短，只有几分之一秒乃至千分之一秒，奥氏体晶粒来不及长大，几

9、分之一秒乃至千分之一秒，奥氏体晶粒来不及长大，从而能获得一种超细晶粒组织，可使工件获得用常规从而能获得一种超细晶粒组织，可使工件获得用常规热处理不能达到的硬度，硬化深度可达热处理不能达到的硬度，硬化深度可达0.30.8mm。本讲稿第十一页，共四十页1.2 离子束加工离子束加工1加工原理加工原理离离子子束束加加工工也也是是一一种种新新兴兴的的特特种种加加工工，它它的的加加工工原原理理与与电电子子束束加加工工原原理理基基本本类类似似，也也是是在在真真空空条条件件下下，将将离离子子源源产产生生的的离离子子束束经经过过加加速速、聚聚焦焦后后投投射射到到工工件件表表面面的的加加工工部部位位以以实实现现加

10、加工工的的。所所不不同同的的是是离离子子带带正正电电荷荷，其其质质量量比比电电子子大大数数千千倍倍乃乃至至数数万万倍倍，故故在在电电场场中中加加速速较较慢慢，但但一一旦旦加加至至较较高高速速度度，就就比比电电子子束束具具有有更更大大的的撞撞击击动动能能。离离子子束束加工是靠微观机械撞击能量转化为热能进行的。加工是靠微观机械撞击能量转化为热能进行的。本讲稿第十二页，共四十页离离子子束束加加工工的的物物理理基基础础是是离离子子束束射射到到材材料料表表面面时时所所发发生生的撞击效应、溅射效应和注入效应。离子束加工可分为四类。的撞击效应、溅射效应和注入效应。离子束加工可分为四类。1)离子刻蚀离子刻蚀

11、离离子子轰轰击击工工件件，将将工工件件表表面面的的原原子子逐逐个个剥剥离离，又又称称离离子子铣削，其实质是一种原子尺度的切削加工。铣削，其实质是一种原子尺度的切削加工。2)离子溅射沉积离子溅射沉积 离离子子轰轰击击靶靶材材，将将靶靶材材原原子子击击出出，沉沉积积在在靶靶材材附附近近的的工件上，使工件表面镀上一层薄膜。工件上，使工件表面镀上一层薄膜。3)离子镀离子镀(又称离子溅射辅助沉积又称离子溅射辅助沉积)离离子子同同时时轰轰击击靶靶材材和和工工件件表表面面，目目的的是是为为了了增增强强膜膜材材与与工件基材之间的结合力。工件基材之间的结合力。本讲稿第十三页，共四十页4)离子注入离子注入离离子子

12、束束直直接接轰轰击击被被加加工工材材料料，由由于于离离子子能能量量相相当当大大，离离子子就就钻钻入入被被加加工工材材料料的的表表层层。工工件件表表面面层层含含有有注注入入离离子子后后，就改变了化学成分，从而改变了工件表面层的机械物理性能。就改变了化学成分，从而改变了工件表面层的机械物理性能。2特点及应用特点及应用离子束加工有如下特点：离子束加工有如下特点：(1)离离子子束束加加工工是是目目前前特特种种加加工工中中最最精精密密、最最微微细细的的加加工工。离离子子刻刻蚀蚀可可达达纳纳米米级级精精度度，离离子子镀镀膜膜可可控控制制在在亚亚微微米米级级精度，离子注入的深度和浓度亦可精确地控制。精度，离

13、子注入的深度和浓度亦可精确地控制。(2)离离子子束束加加工工在在高高真真空空中中进进行行，污污染染少少，特特别别适适宜宜于于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。本讲稿第十四页，共四十页(3)离离子子束束加加工工是是靠靠离离子子轰轰击击材材料料表表面面的的原原子子来来实实现现的的，是是一一种种微微观观作作用用，所所以以加加工工应应力力和和变变形形极极小小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。在在目目前前的的工工业业生生产产中中，离离子子束束加加工工主主要要应应用用于于刻刻蚀蚀加加工工(如如加加工工空空气气轴轴

14、承承的的沟沟槽槽，加加工工极极薄薄材材料料等等)、镀镀膜膜加加工工(如如在在金金属属或或非非金金属属材材料料上上镀镀制制金金属属或或非非金金属属材材料料)、注入加工、注入加工(如某些特殊的半导体器件如某些特殊的半导体器件)等。等。本讲稿第十五页，共四十页1)刻蚀加工刻蚀加工 离子刻蚀是从工件上去除材料，是一个撞击溅射离子刻蚀是从工件上去除材料，是一个撞击溅射过程。当离子束轰击工件，入射离子的动量传递到工过程。当离子束轰击工件，入射离子的动量传递到工件表面的原子，传递能量超过了原子间的键合力时，件表面的原子，传递能量超过了原子间的键合力时，原子就从工件表面撞击溅射出来，达到刻蚀的目的。原子就从工

15、件表面撞击溅射出来，达到刻蚀的目的。离子刻蚀用于加工陀螺仪空气轴承和动压马达上离子刻蚀用于加工陀螺仪空气轴承和动压马达上的沟槽，分辨率高，精度、重复一致性好。离子束刻的沟槽，分辨率高，精度、重复一致性好。离子束刻蚀应用的另一个方面是刻蚀高精度的图形，如集成电蚀应用的另一个方面是刻蚀高精度的图形，如集成电路、光电器件和光集成器件等微电子学器件亚微米图路、光电器件和光集成器件等微电子学器件亚微米图形。形。本讲稿第十六页，共四十页2)镀膜加工镀膜加工 离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子镀膜附着离子镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种。离子镀膜附着力强、膜层不易脱落。这首先是由于镀膜前离子以足够高的力

16、强、膜层不易脱落。这首先是由于镀膜前离子以足够高的动能冲击基体表面，清洗掉表面的占污和氧化物，从而提高动能冲击基体表面，清洗掉表面的占污和氧化物，从而提高了工件表面的附着力。其次是镀膜刚开始时，由工件表面溅了工件表面的附着力。其次是镀膜刚开始时，由工件表面溅射出来的基材原子，有一部分会与工件周围气氛中的原子和射出来的基材原子，有一部分会与工件周围气氛中的原子和离子发生碰撞而返回工件。这些返回工件的原子与镀膜的膜离子发生碰撞而返回工件。这些返回工件的原子与镀膜的膜材原子同时到达工件表面，形成了膜材原子和基材原子的共材原子同时到达工件表面，形成了膜材原子和基材原子的共混膜层。而后，随膜层的增厚，逐

17、渐过渡到单纯由膜材原子混膜层。而后，随膜层的增厚，逐渐过渡到单纯由膜材原子构成的膜层。混合过渡层的存在，可以减少由于膜材与基材构成的膜层。混合过渡层的存在，可以减少由于膜材与基材两者膨胀系数不同而产生的热应力，增强了两者的结合力，两者膨胀系数不同而产生的热应力，增强了两者的结合力，是膜层不易脱落，镀层组织致密，针孔气泡少。是膜层不易脱落，镀层组织致密，针孔气泡少。本讲稿第十七页，共四十页 离子镀的可镀材料广泛，可在金属或非金属表面上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，各种合金、化合物、某些合镀制金属或非金属材料，各种合金、化合物、某些合成材料、半导体材料、高熔点材

18、料等。成材料、半导体材料、高熔点材料等。离子镀已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨离子镀已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。用离子镀方法在切削工具表膜、装饰膜和电气膜等。用离子镀方法在切削工具表面镀氮化钛、碳化钛等超硬层，可以提高刀具的耐用面镀氮化钛、碳化钛等超硬层，可以提高刀具的耐用度。度。本讲稿第十八页，共四十页3)离子注入加工离子注入加工 离子注入加工是将所要注入的元素进行电离，并离子注入加工是将所要注入的元素进行电离，并将正离子分离和加速，形成具有数十万电子伏特的高将正离子分离和加速，形成具有数十万电子伏特的高能离子流，轰击工件表面，离子因动能很大，被打入能离

19、子流，轰击工件表面，离子因动能很大，被打入表层内，其电荷被中和，成为置换原子或晶格间的填表层内，其电荷被中和，成为置换原子或晶格间的填隙原子，被留于表层中，使材料的化学成分、结构、隙原子，被留于表层中，使材料的化学成分、结构、性能产生变化。性能产生变化。离子注入可提高材料的耐腐离子注入可提高材料的耐腐蚀蚀性能，改善金属材性能，改善金属材料的耐磨性能，提高金属材料的硬度，改善金属材料料的耐磨性能，提高金属材料的硬度，改善金属材料的的润润滑性能等。滑性能等。本讲稿第十九页，共四十页 1.3 激光束加工激光束加工 1.激光加工的原理与特点激光加工的原理与特点1)激光加工的原理激光加工的原理激激光光是

20、是一一种种强强度度高高、方方向向性性好好、单单色色性性好好的的相相干干光光。由由于于激激光光的的发发散散角角小小和和单单色色性性好好，理理论论上上可可以以聚聚焦焦到到尺尺寸寸与与光光的的波波长长相相近近的的(微微米米甚甚至至亚亚微微米米)小小斑斑点点上上，加加上上它它本本身身强强度度高高，故故可可以以使使其其焦焦点点处处的的功功率率密密度度达达到到1071011 W/cm2，温温度度可可达达10 000以以上上。在在这这样样的的高高温温下下，任任何何材材料料都都将将瞬瞬时时急急剧剧熔熔化化和和汽汽化化，并并爆爆炸炸性性地地高高速速喷喷射射出出来来，同同时时产产生生方方向向性性很很强强的的冲冲击

21、击。因因此此，激激光光加加工工(如如图图1所所示示)是是工工件件在在光光热热效效应应下下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程。产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程。本讲稿第二十页，共四十页图图1 激光加工示意图激光加工示意图本讲稿第二十一页，共四十页2)激光加工的特点激光加工的特点激光加工的特点主要有以下几个方面：激光加工的特点主要有以下几个方面：(1)几几乎乎对对所所有有的的金金属属和和非非金金属属材材料料都都可可以以进进行行激激光光加加工。工。(2)激激光光能能聚聚焦焦成成极极小小的的光光斑斑，可可进进行行微微细细和和精精密密加加工工，如微细窄缝和微型孔的加工。如微细窄缝和微型孔的加工。(

22、3)可可用用反反射射镜镜将将激激光光束束送送往往远远离离激激光光器器的的隔隔离离室室或或其其它地点进行加工。它地点进行加工。(4)加加工工时时不不需需用用刀刀具具，属属于于非非接接触触加加工工，无无机机械械加加工工变形。变形。(5)无无需需加加工工工工具具和和特特殊殊环环境境，便便于于自自动动控控制制连连续续加加工工，加工效率高，加工变形和热变形小。加工效率高，加工变形和热变形小。本讲稿第二十二页，共四十页2.激光加工基本设备及其组成部分激光加工基本设备及其组成部分激激光光加加工工的的基基本本设设备备由由激激光光器器、导导光光聚聚焦焦系系统统和和加加工工机机(激光加工系统激光加工系统)三部分组

23、成。三部分组成。1)激光器激光器激光器是激光加工的重要设备，它的任务是把电能转变激光器是激光加工的重要设备，它的任务是把电能转变成光能，产生所需要的激光束。按工作物质的种类可分为固成光能，产生所需要的激光束。按工作物质的种类可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四大类。体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四大类。由于由于He-Ne(氦氦氖氖)气体激光器所产生的激光不仅容易控制，气体激光器所产生的激光不仅容易控制，而且方向性、单色性及相干性都比较好，因而在机械制造的而且方向性、单色性及相干性都比较好，因而在机械制造的精密测量中被广泛采用。而在激光加工中则要求输出功率与精

24、密测量中被广泛采用。而在激光加工中则要求输出功率与能量大，目前多采用二氧化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、能量大，目前多采用二氧化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、YAG(掺钕钇铝石榴石掺钕钇铝石榴石)等固体激光器。等固体激光器。本讲稿第二十三页，共四十页2)导光聚焦系统导光聚焦系统根根据据被被加加工工工工件件的的性性能能要要求求，光光束束经经放放大大、整整形形、聚聚焦焦后后作作用用于于加加工工部部位位，这这种种从从激激光光器器输输出出窗窗口口到到被被加加工工工工件之间的装置称为导光聚焦系统。件之间的装置称为导光聚焦系统。3)激光加工系统激光加工系统激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内激光

25、加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的发展，移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动，实许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动，实现激光加工的连续工作。现激光加工的连续工作。本讲稿第二十四页，共四十页3.激光加工的应用激光加工的应用1)激光打孔激光打孔随随着着近近代代工工业业技技术术的的发发展展，硬硬度度大大、熔熔点点高高的的材材料料应应用用越越来来越越多多，并并且且常常常常要要求求在在这这些些材材料料上上打打出出又又小小又又深深的的孔孔，例例如如，钟钟表表或或仪仪表表的的宝宝石石轴

26、轴承承，钻钻石石拉拉丝丝模模具具，化化学学纤纤维维的的喷喷丝丝头头以以及及火火箭箭或或柴柴油油发发动动机机中中的的燃燃料料喷喷嘴嘴等等。这这类类加加工工任任务务，用用常常规规的的机机械械加加工工方方法法很很困困难难，有有的的甚甚至至是是不不可可能能的的，而而用用激激光光打打孔孔，则则能比较好地完成任务。能比较好地完成任务。本讲稿第二十五页，共四十页 激激光光打打孔孔中中，要要详详细细了了解解打打孔孔的的材材料料及及打打孔孔要要求求。从从理理论论上上讲讲，激激光光可可以以在在任任何何材材料料的的不不同同位位置置，打打出出浅浅至至几几微微米米，深深至至二二十十几几毫毫米米以以上上的的小小孔孔，但但

27、具具体体到到某某一一台台打打孔孔机机，它它的的打打孔孔范范围围是是有有限限的的。所所以以，在在打打孔孔之之前前，最最好好要要对对现现有有的的激激光光器器的的打打孔孔范范围围进进行行充充分分的的了了解解，以以确确定定能能否否打孔。打孔。激激光光打打孔孔的的质质量量主主要要与与激激光光器器输输出出功功率率和和照照射射时时间间、焦焦距距与与发发散散角角、焦焦点点位位置置、光光斑斑内内能能量量分分布布、照照射射次次数数及及工工件件材材料料等等因因素素有有关关。在在实实际际加加工工中中应应合合理理选选择择这这些些工工艺艺参数。参数。本讲稿第二十六页，共四十页2)激光切割激光切割激激光光切切割割(如如图图

28、2所所示示)的的原原理理与与激激光光打打孔孔相相似似，但但工工件件与与激激光光束束要要相相对对移移动动。在在实实际际加加工工中中，采采用用工工作作台台数数控技术，可以实现激光数控切割。控技术，可以实现激光数控切割。激激光光切切割割大大多多采采用用大大功功率率的的CO2激激光光器器，对对于于精精细细切切割，也可采用割，也可采用YAG激光器。激光器。激激光光可可以以切切割割金金属属，也也可可以以切切割割非非金金属属。在在激激光光切切割割过过程程中中，由由于于激激光光对对被被切切割割材材料料不不产产生生机机械械冲冲击击和和压压力力，再再加加上上激激光光切切割割切切缝缝小小，便便于于自自动动控控制制，

29、故故在在实实际际中常用来加工玻璃、陶瓷、各种精密细小的零部件。中常用来加工玻璃、陶瓷、各种精密细小的零部件。本讲稿第二十七页，共四十页图图2 CO2气体激光器切割钛合金示意图气体激光器切割钛合金示意图本讲稿第二十八页，共四十页激激光光切切割割过过程程中中，影影响响激激光光切切割割参参数数的的主主要要因因素素有激光功率、吹气压力、材料厚度等。有激光功率、吹气压力、材料厚度等。3)激光打标激光打标激激光光打打标标是是指指利利用用高高能能量量的的激激光光束束照照射射在在工工件件表表面面，光光能能瞬瞬时时变变成成热热能能，使使工工件件表表面面迅迅速速产产生生蒸蒸发发，从从而而在在工工件件表表面面刻刻出

30、出任任意意所所需需要要的的文文字字和和图图形形，以以作作为永久防伪标志为永久防伪标志(如图如图3所示所示)。本讲稿第二十九页，共四十页图图3 振镜式激光打标原理振镜式激光打标原理本讲稿第三十页，共四十页激激光光打打标标的的特特点点是是非非接接触触加加工工，可可在在任任何何异异型型表表面面标标刻刻，工工件件不不会会变变形形和和产产生生内内应应力力，适适于于金金属属、塑塑料料、玻玻璃璃、陶陶瓷瓷、木木材材、皮皮革革等等各各种种材材料料；标标记记清清晰晰、永永久久、美美观观，并并能能有有效效防防伪伪；标标刻刻速速度度快快，运运行行成成本本低，无污染，可显著提高被标刻产品的档次。低，无污染，可显著提高

31、被标刻产品的档次。激激光光打打标标广广泛泛应应用用于于电电子子元元器器件件、汽汽(摩摩托托)车车配配件件、医医疗疗器器械械、通通讯讯器器材材、计计算算机机外外围围设设备备、钟钟表表等等产品和烟酒食品防伪等行业。产品和烟酒食品防伪等行业。本讲稿第三十一页，共四十页4)激光焊接激光焊接当当激激光光的的功功率率密密度度为为105107 W/cm2，照照射射时时间间约约为为1/100 s左左右右时时，可可进进行行激激光光焊焊接接。激激光光焊焊接接一一般般无无需需焊焊料料和和焊焊剂剂，只只需需将将工工件件的的加加工工区区域域“热热熔熔”在在一一起起即即可可，如如图图4所所示。示。激激光光焊焊接接速速度度

32、快快，热热影影响响区区小小，焊焊接接质质量量高高，既既可可焊焊接接同种材料，也可焊接异种材料，还可透过玻璃进行焊接。同种材料，也可焊接异种材料，还可透过玻璃进行焊接。本讲稿第三十二页，共四十页图图4 激光焊接过程示意图激光焊接过程示意图本讲稿第三十三页，共四十页5)激光表面处理激光表面处理当当激激光光的的功功率率密密度度约约为为103105 W/cm2时时，便便可可实实现现对对铸铸铁铁、中中碳碳钢钢，甚甚至至低低碳碳钢钢等等材材料料进进行行激激光光表表面面淬淬火火。淬淬火火层层深深度度一一般般为为0.71.1 mm，淬淬火火层层硬硬度度比比常常规规淬淬火火约约高高20%。激激光光淬淬火火变变形

33、形小小，还还能能解解决决低低碳碳钢钢的的表表面面淬淬火火强强化化问问题题。图图5为为激激光光表表面面淬淬火火处处理理应应用实例。用实例。本讲稿第三十四页，共四十页图图5 激光表面强化处理应用实例激光表面强化处理应用实例本讲稿第三十五页，共四十页6)激光存储激光存储是利用激光进行视频、音频、文字资料、计算机是利用激光进行视频、音频、文字资料、计算机信息等的存取。激光电视唱片的制作可分为原版录制信息等的存取。激光电视唱片的制作可分为原版录制和复制两个过程。在原版录制时，是将镀有薄金属膜和复制两个过程。在原版录制时，是将镀有薄金属膜的玻璃圆盘旋转，经调制的激光束相应地沿着玻璃圆的玻璃圆盘旋转，经调制

34、的激光束相应地沿着玻璃圆盘的半径方向缓慢地由内向外移动，激光束便相应地盘的半径方向缓慢地由内向外移动，激光束便相应地熔化金属层，使图像与声音记录下来。加工机理是用熔化金属层，使图像与声音记录下来。加工机理是用激光热效应，是激光去除加工。激光热效应，是激光去除加工。本讲稿第三十六页，共四十页4.光刻加工光刻加工光刻加工是用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印光刻加工是用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印制在涂有光致抗蚀剂（光刻胶）的薄膜或基材表面，然后制在涂有光致抗蚀剂（光刻胶）的薄膜或基材表面，然后进行选择性腐蚀，刻蚀出规定的图形。所用的基材有各种进行选择性腐蚀，刻蚀出规定的图形。所用的基材有各

35、种金属、半导体和介质材料。光致抗蚀剂是一类经光照后能金属、半导体和介质材料。光致抗蚀剂是一类经光照后能发生交联、分解或聚合等光化学反应的高分子溶液。发生交联、分解或聚合等光化学反应的高分子溶液。光刻加工分为两个加工阶段，第一阶段为原版制作，光刻加工分为两个加工阶段，第一阶段为原版制作，生成工作原版或工作掩模，为光刻加工时用。第二阶段为生成工作原版或工作掩模，为光刻加工时用。第二阶段为光刻。光刻。本讲稿第三十七页，共四十页1.原版（掩膜）制作原版（掩膜）制作 （1）绘制原图）绘制原图 （2）缩版、殖版制作）缩版、殖版制作 （3）工作原版或）工作原版或 工作掩膜制作工作掩膜制作本讲稿第三十八页，共四十页2.光刻光刻 （1）涂胶）涂胶 （2）曝光）曝光 （3）显影与烘片）显影与烘片 （4）刻蚀）刻蚀 （5）剥模与检查）剥模与检查本讲稿第三十九页，共四十页习题习题试述电子束、离子束、激光束的加工机理。试述电子束、离子束、激光束的加工机理。本讲稿第四十页，共四十页