[发明专利]一种回旋离子束加工装置

说明书

本发明公开了一种回旋离子束加工装置，属于离子加工设备技术领域。它包括工作台、离子源、离子束引出装置、离子束速度选择器、离子束聚焦组件、末端离子束束流检测器、三维移动平台。通过均匀磁场使得离子束做回旋运动，三维移动平台控制离子束逐渐接近工件表面，对工件材料表面进行加工，由于离子束做回旋运动，加工完成后完全射出磁场，不会继续对工件表面造成损伤，因此，去除量一致性较好，工件表面更加平整；末端离子束束流检测器能够判断离子束与工件表面的接触情况以及当前接触点的材料去除是否已经完成。

技术领域

本发明涉及一种回旋离子束加工装置，属于离子加工设备技术领域。

背景技术

离子束加工具备原子级超精细去除、非接触与高确定性等独特优势，已被广泛应用于超精密光学元件修形、微刀具制造、微光电系统元器件制造、透射电镜样品制备、纳米结构加工等领域，是一种对国防装备、空间光学系统、先进半导体设备、精密刀具等高科技产业都具有重要意义的加工技术。在为各领域的超精密与纳米加工做出重要贡献的同时，离子束加工技术也存在一些亟待解决的问题。

亚表面损伤与离子残留是离子束加工技术面临的一个难题。当前只能通过减小离子束的能量或者涂覆保护层来降低损伤深度，或者通过更换离子种类来避免引入不能容忍的离子种类。这些方法并不能从根本上解决亚表面损伤的问题，而且会带来加工效率等方面的妥协。离子束加工技术面临的另一个难题是去除函数随材料性质的局部变化。对于多晶材料或者微晶玻璃之类的多相材料，离子束在加工取向不同的晶粒或者材料内部不同相的区域时，去除函数会发生改变。这种去除函数的改变会导致不同位置的材料去除量不一致，进而导致表面不平整。此外，不同于基于切削工具的加工过程通过控制刀具轨迹来保证所加工的形状轮廓，现有的离子束加工需要先确定去除函数，然后解算驻留时间以获得所需的去除量。但是去除函数受到离子束入射角度、离子束流强度、工件材料等很多因素的影响，并且对于复杂曲面驻留时间的解算比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种回旋离子束加工装置，它解决了目前采用离子束加工方式，工件表面不同区域的去除量一致性较差，导致工件表面不平整的问题。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

一种回旋离子束加工装置，它包括工作台、离子源、离子束引出装置、离子束速度选择器、离子束聚焦组件、末端离子束束流检测器、三维移动平台；

所述工作台表面固定有工件，工件始终处于侧向的均匀磁场中；

所述离子源和工件之间依次设有离子束引出装置、离子束速度选择器、离子束聚焦组件，离子源射出的离子经过离子束引出装置、离子束速度选择器、离子束聚焦组件后形成离子束，离子束经过均匀磁场回旋后射向末端离子束束流检测器；

所述离子源、离子束引出装置、离子束速度选择器、离子束聚焦组件、末端离子束束流检测器共同构成离子束发生装置，离子束发生装置或者工作台两者之一安装在三维移动平台上，通过三维移动平台驱动离子束发生装置或者工作台移动，使得离子束回旋圆周与工件接触。

作为优选实例，所述工作台、工件、均匀磁场、三维移动平台外部设有磁场屏蔽罩，工作台安装在三维移动平台上，磁场屏蔽罩上设有离子束入射口和离子束出射口，离子束由离子束入射口进入磁场屏蔽罩内，由离子束出射口射出磁场屏蔽罩。

作为优选实例，所述离子束发生装置外部设有磁场屏蔽罩中，磁场屏蔽罩和离子束发生装置安装在三维移动平台上，磁场屏蔽罩上设有离子束出射口和离子束入射口，离子束由离子束出射口射出磁场屏蔽罩，由离子束入射口进入磁场屏蔽罩内。

作为优选实例，所述离子束聚焦组件与工件之间设有初端离子束束流检测器。