可以用于制取半导体材料和难熔金属及其合金的单晶等。
电子束熔炼也是利用高能量密度的电子束在轰击金属时产生高温使金属熔化。由于这一过程是在真空中进行,并且材料处于熔融状态的时间可按需要控制,因此可以获得较好的提纯效果,容易获得高纯度的材料。这是电子束熔炼优于其它真空熔炼的一个重要特点。此外由于电子束能量密度高,能量调节方便,特别适用于熔炼难熔金属。对于金属钽,经电子束一次熔炼后,总气体含量可下降88%,经二次电子束熔炼后,总气体含量可降低99%;对于金属铌,一次熔炼可使总气体含量降低89%,二次熔炼可降低96.5%;对于金属钨,一次熔炼可使总气体含量降低96%,二次熔炼降低99%。由此可见电子束熔炼的提纯效果是十分显著的,对于其它金属材料如钼、镍基合金、高强钢等,都有很好的提纯效果。 5.3 电子束打孔
用电子束对材料进行打孔加工时,要求电子束的能量密度需大于10W /cm,每个电子束脉冲打一个孔,脉冲宽度一般只有几毫秒,脉冲的速率快,打孔的速度可以达到每秒几个到3000个孔。电子束脉冲的能量高,不受材料硬度的限制,没有磨损,可以对难熔、高强度和非导电材料进行打孔加工。并且电子束的束斑形状可控,能加工包括异形孔(见图4a、图4b)、斜孔(见图4c)、锥孔(见图4d)和弯孔在内的各种孔,加工效率高,加工材料的适应范围广,加工精度高、质量好,无缺陷,一般不需要二次加工。目前,电子束打孔的范围是:实际生产中,加工直径为?0.1~?0.8mm,最大深度为5mm;在实验室中,加工直径为?0.05~?1.5mm,最大深度为10mm。
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图4 电子束加工几种典型孔的形状
5.4 电子束显微技术 现代微电子技术领域中,产品的设计和研究都需要对样品的内部结构和表面形貌进行成像观察,以及对样品表面或界面的微观结构和化学成分进行定性和定量分析。为此,人们利用电子束显微技术研制了各种电子光学仪器,它利用电子束轰击样品材料,对产生的各种携带物理和化学信息的粒子经过接受、转换和处理获得关于样品的物理结构和化学成分信息的信号,而达到材料微观结构和化学成分的定性定量分析。
由于电子的波长很短,因此电子光学仪器的分辨率都比较高,如光学显微镜的放大倍数受衍射影响和限制,只能做到放大率≤2000,这对材料微观结构的研究是不可能的;而电子显微镜的放大倍数已达80万倍以上,可十分清晰地进行材料的微观观察与分析。
在大规模集成电路的研制和生产中,当采用电子束曝光、光刻时就可以不用
掩模板,直接用电子束光刻图形相当灵活,其分辨率可高达0.05μm,而用一般光学曝光方法的分辨率只能达到1μm左右。又如俄歇电子谱仪是一种对分析样品非破坏性的分析仪器,能定性和定量地分析材料表面的化学成分,是一种性能优良的电子表面探针。电子束技术在工业中的应用并不限于本文所述,电子束技术在不断的发展,其应用领域也在不断拓宽,许多研究工作还在深入,电子束技术在工业中的应用存在巨大的潜力。
6 结语
电子束加工属于特种加工的一部分,其在工业生产中的应用还有很多,随着电子束技术的不断发展,以及科技人员更深入的研究,电子束技术的应用领域也在不断拓宽,在工业中的应用前景值得期待。
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