离子束加工是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之具有高的动能能 量，轰击工件表面，利用离子的微观机械撞击实现对材料的加工。离子束加工的物理基础是离 子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注人效应。其物理过程可以作如下解释。 当人射离子碰到工件表面时，撞击原子、分子发生能量交换。 离子失去的部分能量传递给工件表面上的原子、分子，当达到足够的能量时，这些原子、离子便 从基体材料中分离出来，产生溅射,其余的能量则转换为材料晶格的振动。如图6. 29所示，人 射离子与原子、分子碰撞进行能量交换，可以产生一次碰撞或多次碰撞。
离子束加工工艺及应用
离子束加工的应用范围正在日益扩大，不断创新。目前用于改变零件尺寸和表面物理力 学性能的离子束加工工艺主要有用于从工件上作去除加工的离子刻蚀加工、用于给工件表面 添加的溉射镀膜和离子镀膜加工以及用于表面改性的离子注人加工（如图6.31所示）。
1.刻蚀加工
离子束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，人射离子与IE 原子碰撞时将动能传递给靶原子，使其获得的能 量超过原子的结合能，导致靶原子发生溅射，从工 件表面溅射出来，以达到刻蚀的目的。为了避免 人射粒子与工件材料发生化学反应，必须使用惰 性元素的离子，通常使用氩离子进行轰击刻蚀。 由于离子直径很小，可以认为离子刻蚀的过程是 逐个原子剥离的，刻蚀的分辨率可达微米甚至纳 米级，但刻蚀速度很低。刻蚀加工时，对离子人射 能量、束流大小、离子人射角度以及工作室压力都 需要根据不同的加工需求进行调整。用氩离子轰 击被加工材料时，其效率取决于离子的能量和人 射角度。一般在入射角45°〜55°时达到最大刻蚀 速率。例外的是,金（Au)在法线人射时刻蚀速率 最大。离子束刻蚀可以在以下方面得到应用。
(1)高精度加工 离子束刻蚀可达到很高的分辨率，适合刻蚀 精细图形。离子束加工小孔的优点是孔壁光滑，邻近区域不产生应力和损伤；能加工出任意形
状的小孔，且孔形状只取决于掩膜的孔形。如在玻璃毛细管的端面加工成一定曲面，而不破坏 毛细管的中心孔。由于毛细管端面形状是轴对称的，所以采用大面积离子束，并让掩膜在毛细 管端面的上方旋转。毛细管端面上各点的总刻蚀量也取决于掩膜的形状。图6. 32是加工成 形的毛细管剖面图。
加工线宽为纳米级的窄槽是超精微加工的需要。 如某零件要求在10 nm的碳膜上，用电子束蒸镀10 nm的金-铝（60/40)膜。将样品置于真空系统中，其 表面自然形成一种污染抗蚀剂掩膜，用电子束曝光显 影后形成线宽为8 nm的图形，然后用氩离子束刻蚀， 离子束流密度为0. 1 mA/cm，离子能量是1 keV;另 一种是在20 nm厚的金一艳膜上刻出线宽为8 nm的 图形、深宽比提高到2.5 : 10。研究表明，此时线宽的 桂硼酸玻璃 ^ 单位：nm限制并非电子束曝光掩膜和离子束刻蚀所致，而是由
于电子束蒸镀金一把膜的晶粒尺寸已经达到5〜 10 nm，由此可见离子束加X可达麵高的精度。
表面抛光
离子束能完成机械加工中的最后一道工序——精抛光，以消除机械加工所产生的刻痕和 表面应力。加工时只要严格选择溅射参数(人射离子能量、离子质量、离子人射角、样品表面温 度等），光学零件就可以获得极佳的表面质量，且散射光极小。对于光学玻璃的最终精加工，用 机械方法抛光光学零件，零件表面会产生应力裂纹，并导致光线散射，会降低光学透明系统的 成像效果，在激光系统中使用时会消耗大量的能量。而用离子束抛光激光棒和光学元件的表 面，表面可以达到极高的均匀和一致性，而且元件本身在工艺过程中也不会被污染。