无机材料改性技术-第2讲幻灯片.ppt

1、2 传统表面改性技术,2.3 阳极氧化,将金属置于电解液中作为阳极，使金属表面形成几十至几百微米的氧化膜的过程 具有防蚀、耐磨性能,阳极氧化原理（铝及其合金）,阳极：铝及铝合金 阴极：其他铝板 电解液：稀硫酸（或铬酸） 通电后：阳极反应OH-放电析出氧，与铝生成氧化物（Al2O3和Al2O3H2O）,2.3.1 铝和铝合金的阳极氧化,电解液不同 硫酸法、草酸法、铬酸法、磷酸法、有机酸法和混合酸法 电源不同 直流法、交流法、交直流叠法、脉冲电源法 膜层的性能 硬质阳极氧化、普通阳极氧化,2.3.2 铝和铝合金特种阳极氧化,所得膜层硬度高，厚度大（250300 m ），也叫做厚膜阳极氧化 耐磨性好

2、，含有大量微孔，能吸附各种润滑剂，提高了减摩能力 较高的绝热性和电绝缘性及耐蚀性,2.3.2.1 硫酸硬质阳极氧化,电解液温度较低，必须强制冷却和强制搅拌，才能获得硬而厚的膜层,化学脱脂,清洗,中和,清洗,硬质氧化,清洗,封闭,质量检查,化学脱脂,清洗,中和,清洗,硬质氧化,清洗,封闭,质量检查,2.3.2.2 瓷质阳极氧化,装饰效果好，膜层的结合力良好，可经受冲压加工 良好的电绝缘性和绝热性,封闭处理的必要性,多孔膜吸附活性大，易受腐蚀介质侵蚀，易吸附污染，着色膜的色素体易流出。 极易出现污斑和产生粉状腐蚀物,2.3.3 铝和铝合金阳极氧化后的封闭处理,封闭处理的效果,提高膜层的耐腐蚀性，着

3、色膜的耐光性、耐气候性，色牢固度大大提高,封闭处理方法,热水-蒸汽封闭法 重铬酸盐封闭法 水解封闭法 常温封闭法,2.3.3.1 热水-蒸汽封闭法,原理 氧化膜表面和孔壁中的Al2O3与热水反应生成水和氧化铝，使原来氧化膜的体积增加和膨胀，从而导致膜孔缩小,2.3.3.2 重铬酸盐封闭法,原理 氧化膜吸附了重铬酸盐，生成碱式铬酸铝和碱式重铬酸铝，这些生成物填充了氧化膜孔隙，起封闭作用,2.3.3.3 水解封闭法,原理 利用金属盐被氧化膜吸附后发生水解作用，生成金属盐的氢氧化物沉淀，填充在孔隙内，达到封闭的目的,2.3.3.4 常温封闭法,原理 除了封闭过程中Al2O3水合反应外，主要利用金属的

4、水解沉淀和氧化膜孔隙的吸附作用,2.3.4 阳极氧化的应用,建筑业的门窗、卷帘和装饰业 电解质电容器和涂装的底层 汽车业的汽缸和活塞 纺织业的高速旋转部件,2.4 气相沉积法,化学气相沉积 物理气相沉积,2.4.1 化学气相沉积,原理 在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中的某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层,CVD基本组成,初始气体 惰性气体（氮气和氩气）、还原气体（氢气）以及各种反应气体（如甲烷、二氧化碳、水蒸气）、固态金属或化合物的蒸气 加热反应室 废气处理排放系统,CVD工艺模型的气体流动模式,大多数气流是层流 局部存在湍流,CVD工艺模

5、型的气体流动模式,与反应室的几何形状有关 由强制对流和自由对流的相对优势来确定 强制对流是局部区域的压强差造成的 自由对流是由重力产生的,CVD技术的应用,2.4.2 物理气相沉积法,PVD：在真空条件下，沉积物由固态转变为气相，以原子或分子形式蒸发，同时利用辉光放电产生的等离子体，从而沉积或注入到基板上 包括离子镀法、离子溅射法和真空蒸镀法等,PVD法的特点,沉积膜层结构致密，与基体结合力强 能制成金属、合金和无机化合物的膜层 沉积温度较低，可避免基体的软化和变形 适用于金属切削工具和成型模具表面的改性,工艺方法分类,离子镀法 真空蒸镀法 离子溅射法,（1）离子镀法,特点 具有良好的薄膜粘附

6、性 具有良好的粘附边缘 容易获得化合物薄膜 是无公害的工艺,（2）真空蒸镀,真空蒸镀,真空激光镀 真空电弧镀 离子溅射,真空激光镀,真空电弧镀,分子束外延法,（3）离子溅射,2.5 离子束溅射沉积技术,由惰性气体电离产生的离子束轰击被溅射靶材，溅射出的靶材料再沉积到基片上形成薄膜,离子束溅射沉积技术,特点 离子源和沉积室分开 将离子源引出，加速成离子束之后进入沉积室加以利用,离子束功能不同分类,离子束由需要沉积的薄膜材料组成，离子以低能量直接沉积到基体上 二次离子束沉积，即离子束溅射沉积,2.5.1 离子源,等离子体离子源 考夫曼离子源,2.5.1 离子源,等离子体离子源 由钨丝热阴极、中间电

7、极、阳极和产生轴向磁场的磁场线圈组成 采用电场和磁场两种方式来收集阴极和阳极之间的辉光放电等离子体-双等离子体离子源 常用来产生高强度的窄离子束,2.5.1 离子源,考夫曼离子源 由钨丝热阴极，一组阳极和一组磁场极靶片交替组成在一起，使得电子做螺旋线运动，延长它从阴极到阳极的飞行路程，增加电离效率 一种宽束离子源，直径10cm,2.5.2 技术方法,离子束辅助沉积 低能离子束沉积 离子簇束沉积,2.5.2.1 离子束辅助沉积,可在成膜过程中用高能离子束对基体和膜进行轰击 去除基体表面上的物理吸附和化学吸附的各种杂质和氧化层，增强基体表面的活性，提高膜的附着力和纯度,2.5.2.2 低能离子束沉积,特点 基体与产生离子束的离子源相距较远，以至使离子源的空间充气压强高达10Pa，而在成膜空间的真空度为10-4Pa以下，从而保证了膜的纯度,2.5.2.3 离子簇束沉积,离子簇束