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化學(xué)氣相沉積的概念范文第1篇

關(guān)鍵詞：晶體硅薄膜；CulnSe2薄膜；商業(yè)化

中圖分類號(hào)：TM914.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-8882（2015）05-117-02

近幾年來，光伏市場(chǎng)發(fā)展極其迅速，1997年光伏組件的銷售量達(dá)122Vw，比上年增加38%。世界主要幾大公司宣稱，近期光伏組件產(chǎn)量將會(huì)增加到263.5MW，其中薄膜太陽電池將達(dá)到91.5MW，占太陽電池總量的34.7%?？焖侔l(fā)展的光伏市場(chǎng)導(dǎo)致許多太陽電池生產(chǎn)廠家力求擴(kuò)大生產(chǎn)能力，開辟大容量的太陽電池生產(chǎn)線。但目前太陽電池用硅材料大部分來源于半導(dǎo)體硅材料的等外品和單晶硅的頭尾料，不能滿足光伏工業(yè)發(fā)展的需要。同時(shí)硅材料正是構(gòu)成晶體硅太陽電池組件成本中很難降低的部分，因此為了適應(yīng)太陽電池高效率、低成本、大規(guī)模生產(chǎn)化發(fā)展的要求，最有效的辦法是不采用由硅原料、硅錠、硅片到太陽電池的工藝路線，而采用直接由原材料到太陽電他的工藝路線，即發(fā)展薄膜太陽電他的技術(shù)。

一、晶體硅薄膜太陽電池發(fā)展

晶體硅薄膜太陽電池，近年來在國(guó)外發(fā)展比較迅速。為了使晶體硅薄膜太陽電池達(dá)到商業(yè)化，努力將實(shí)驗(yàn)室結(jié)果推向市場(chǎng)，1988年制造出100cm2的薄膜太陽電池，其轉(zhuǎn)換效率為8%。18個(gè)月后，其效率在同樣面積下達(dá)到10.9%，3年半后12kw薄膜太陽電池系統(tǒng)投入市場(chǎng)。1994年底美國(guó)加利福尼亞區(qū)成功建立了17.1kW硅薄膜太陽電池方陣系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)電池是利用高溫?zé)岱纸鈬娡糠ㄖ苽涞?。在薄膜電池上覆蓋了一層抗反射層，硅薄膜晶粒為毫米級(jí)，具有宏觀結(jié)構(gòu)特性，減少了蘭色和遠(yuǎn)紅外光的響應(yīng)。

1997年召開的26屆IEEE PVSC，14屆歐洲PVSEC和世界太陽能大會(huì)報(bào)道了Uvited Solar Systemn薄膜硅太陽電池，轉(zhuǎn)換效率為16.6%，日本的Kanebo為9.8%，美國(guó)NREL提供的測(cè)試結(jié)果，USSA的Si/SiGe/SiGe薄膜電池，面積為903cm2，轉(zhuǎn)換效率為10.2%，功率為9.2W。

我國(guó)晶體硅薄膜太陽電他的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。1982年長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所韓桂林等人用CVD法，在系統(tǒng)中采用高頻加熱石墨，系統(tǒng)抽真空后通氖氣以驅(qū)除殘留氣體，加熱石墨至所需溫度，隨即通入混合氣體，在1100℃-1250℃下，SiCl4被H2還原，硅沉積在襯底上。研究了多晶硅薄膜的生長(zhǎng)規(guī)律并對(duì)膜的基本物理特性進(jìn)行研究。1998年北京市太陽能研究所趙玉文等報(bào)道了以SiH2Cl2為原料氣體，采用快速熱化學(xué)氣相沉積（RTCVD）工藝在石英反應(yīng)器中沉積多晶硅薄膜。氣源為H2和SiH2Cl2的混合物，石英管內(nèi)配有石墨樣品托架，采用程控光源將石墨樣品托架加熱到1200℃。試驗(yàn)所用襯底為重?fù)诫s磷非活性單晶硅片或非硅質(zhì)底材。在1030℃下薄膜生長(zhǎng)速率為10nm/s，研究了薄膜生長(zhǎng)特性，薄膜的微結(jié)構(gòu)，并研制了多晶硅薄膜電池，電池結(jié)構(gòu)為金屬柵線/p+多晶硅膜/n多晶硅膜/n++C-硅/金屬接觸。采用擴(kuò)硼形成p+層，結(jié)深約為1?m，電池面積為1cm2，AM1.5、100mV/cm2條件下，無減反射涂層，電池轉(zhuǎn)換效率為4.54%，Jsc=14.3mA/cm2，Voc=0.460V，F(xiàn)F=0.67。

我國(guó)晶體硅薄膜太陽電池研究水平與國(guó)際水平相差較大，應(yīng)加速發(fā)展。在廉價(jià)襯底上形成高質(zhì)量的多晶硅薄膜，研究襯底與硅膜之間夾層，用以阻擋雜質(zhì)向硅膜擴(kuò)散，并研制出具有較高轉(zhuǎn)換效率的多晶硅薄膜電池，在近期內(nèi)使其轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到10%左右，為工業(yè)化生產(chǎn)作準(zhǔn)備，以期成本能降低到$1/w左右。

二、國(guó)內(nèi)CulnSe2薄膜太陽電池發(fā)展情況

我國(guó)的CulnSe2薄膜太陽電池研究始于80年代中期。內(nèi)蒙古大學(xué)、南開大學(xué)、云南師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所等單位先后開展了這項(xiàng)研究。1986年長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所用噴涂法制備了C1S薄膜。薄膜具有黃銅礦結(jié)構(gòu)，并制備了全噴涂C1S/CdS太陽電池，電池具有光伏效應(yīng)。1990年內(nèi)蒙古大學(xué)采用雙源法，研制了pin CdS/CulnSe2薄膜太陽電池，經(jīng)天津電源研究所測(cè)試，面積為0.9cm×0.9cm，效率為8.5%。南開大學(xué)采用蒸發(fā)硒化法制作CulnSe/C北薄膜太陽電池，面積為0.1cm2和lcm2的太陽電池，其效率分別達(dá)到7.62%和7.28%，5cm×5cm電他的平均效率為6.67%。

我國(guó)該技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，而且處于較低的水平，投入很少，進(jìn)展緩慢。因此，急需加快研究和開發(fā)力度，加大對(duì)薄膜太陽電他的投入，盡快向工業(yè)化生產(chǎn)過渡，將薄膜太陽電池作為21世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展的高科技項(xiàng)目。近期內(nèi)，對(duì)CulnSe2薄膜太陽電池的研制，通過控制Se、In、Cu三元素配比和蒸發(fā)速率，以獲得重復(fù)性好、化學(xué)計(jì)量比符合要求，具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的硒鋼銅薄膜，用化學(xué)成膜法制備致密和均勻的CdS薄膜，用濺射法制備ZnO薄膜。期望近期內(nèi)，光伏轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到10%左右，為21世紀(jì)大規(guī)模發(fā)展Cu1nSe2薄膜太陽電池奠定基礎(chǔ)。

三、薄膜光伏的商業(yè)化

在過去的幾年，世界光伏市場(chǎng)以每年45%的增幅在快速發(fā)展，不斷有新的公司進(jìn)入市場(chǎng)，基于CIGS和CdTe的薄膜光伏市場(chǎng)化也取得了進(jìn)展，并在很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用（包括屋頂計(jì)劃和建筑物等）。2006年，整個(gè)世界范圍內(nèi)薄膜光伏的市場(chǎng)份額小于6%，然而在美國(guó)薄膜光伏的市場(chǎng)份額高達(dá)44%，這主要得益于位于奧爾良的First Solar和密歇根的United Solar，這2個(gè)公司在2006年取得長(zhǎng)足進(jìn)展。 中機(jī)院-專注于園區(qū)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)研究、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、城市發(fā)展規(guī)劃、投融資服務(wù)

世界上很多薄膜光伏公司從事a-Si、CIGS和CdTe的商業(yè)化發(fā)展，美國(guó)也有很多致力于此的公司，在CIGS和CdTe研究方面取得的進(jìn)展和技術(shù)進(jìn)步足以支持其往兆瓦級(jí)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。在美國(guó)有16家公司從事非晶硅和薄硅的商業(yè)化進(jìn)程，很顯然，其中的領(lǐng)跑者為密歇根的Uni-Solar，其在2006年產(chǎn)能為60MW，而2007年的產(chǎn)能達(dá)到120MW。美國(guó)薄膜光伏的快速發(fā)展得益于美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）在多結(jié)太陽電池技術(shù)上的成就；Applied Material則可提供單結(jié)非晶硅和納米硅疊層太陽電池“交鑰匙”工程，迄今為止，已在包括中國(guó)、印度、德國(guó)、西班牙等世界各地裝機(jī)超過200MW。目前美國(guó)有15家公司采用不同的吸收層沉積技術(shù)開展CIGS業(yè)務(wù)，機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)在這兒并存；同時(shí)有8個(gè)公司從事CdTe薄膜光伏的市場(chǎng)化運(yùn)作。

目前世界上有5個(gè)公司致力于CIGS薄膜光伏的商業(yè)化生產(chǎn)，主要是德國(guó)的Wurth Solar、美國(guó)的Global Solar、日本本田、日本昭和殼牌和德國(guó)的Sulfurcell，其年產(chǎn)量介于5MW至27MW之間。同時(shí)有34家公司正在開發(fā)CIGS薄膜太陽電池生產(chǎn)技術(shù)，采用了約10種不同的吸收層沉積技術(shù)。在生產(chǎn)中，不論吸收層是采用共蒸發(fā)法還是兩步法（如濺射后硒化），在所有技術(shù)路線中均采用濺射法制備Mo底電極以及濺射或化學(xué)氣相沉積法制備ZnO薄膜。

參考文獻(xiàn)：

[1] Goetzberger A；Hebling C Photovoltaic. materials，past，present，future [外文期刊] 2000（1/2） DOI：10.1016/S0927-0248（99）00131-2.

化學(xué)氣相沉積的概念范文第2篇

【關(guān)鍵詞】表面處理；金屬電鍍

一、表面處理的概念

表面處理是在基體材料表面上人工形成一層與基體的機(jī)械、物理和化學(xué)性能不同的表層的工藝方法。表面處理的目的是滿足產(chǎn)品的耐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求。 表面處理一般可包括前處理、電鍍、涂裝、化學(xué)氧化、熱噴涂等眾多物理化學(xué)方法。

二、涂裝前表面處理

為了把物體表面所附著的各種異物（如油污、銹蝕、灰塵、舊漆 膜等）去除，提供適合于涂裝要求的良好基底，以保證涂膜具有良好的防腐蝕性能、裝飾性能及某些特種功能，在涂裝之前必須對(duì)物體表面進(jìn)行預(yù)處理。人們把進(jìn)行這種處理所做的工作，統(tǒng)稱為涂裝前（表面）處理或（表面）預(yù)處理。

基體前處理的目的：一是增加涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度既加大附著力，二是增加涂層的功能如防腐蝕、防磨損及等特殊功能。常見的前處理方法主要有以下：

1.手工處理

如刮刀、鋼絲刷或砂輪等。用手工可以除去工件表面的銹跡和氧化皮，但手工處理勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，質(zhì)量差，清理不徹底。

2.化學(xué)處理

主要是利用酸性或堿性溶液與工件表面的氧化物及油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其溶解在酸性或堿性的溶液中，以達(dá)到去除工件表面銹跡氧化皮及油污，再利用尼龍制成的毛刷輥或304#不銹鋼絲（耐酸堿溶液制成的鋼絲刷輥）清掃干凈便可達(dá)到目的。

3.機(jī)械處理

主要包括鋼絲刷輥拋光法、拋丸法和噴丸法。拋光法也就是刷輥在電機(jī)的帶動(dòng)下，刷輥以與軋件運(yùn)動(dòng)相反的方向在板帶的上下表面高速旋轉(zhuǎn)刷去氧化鐵皮。刷掉的氧化鐵皮采用封閉循環(huán)冷卻水沖洗系統(tǒng)沖掉。拋丸法清理是利用離心力將彈丸加速，拋射至工件進(jìn)行除銹清理的方法。

4.等離子處理

等離子表面處理器由等離子發(fā)生器，氣體輸送管路及等離子噴頭等部分組成，等離子發(fā)生器產(chǎn)生高壓高頻能量在噴嘴鋼管中被激活和被控制的輝光放電中產(chǎn)生低溫等離子體，借助壓縮空氣將等離子噴向工件表面，當(dāng)?shù)入x子體和被處理物體表面相遇時(shí)，產(chǎn)生了物體變化和化學(xué)反應(yīng)。表面得到了清潔，去除了碳化氫類污物，如油脂，輔助添加劑等，或產(chǎn)生刻蝕而粗糙，或形成致密的交聯(lián)層，或引入含氧極性基團(tuán)（羥基、羧基），這些基團(tuán)對(duì)各類涂敷材料具有促進(jìn)其粘合的作用，在粘合和油漆應(yīng)用時(shí)得到了優(yōu)化。

三、常見的表面處理方法

目前金屬的表面處理方法可以總結(jié)為以下的類型：、

1.電化學(xué)法

這種方法是利用電極反應(yīng)，在工件表面形成鍍層。其中主要的方法是：1）電鍍。在電解質(zhì)溶液中，工件為陰極，在外電流作用下，使其表面形成鍍層的過程，稱為電鍍。鍍層可為金屬、合金、半導(dǎo)體或含各類固體微粒，如鍍銅、鍍鎳等。2）氧化。在電解質(zhì)溶液中，工件為陽極，在外電流作用下，使其表面形成氧化膜層的過程，稱為陽極氧化，如鋁合金的陽極氧化。鋼鐵的氧化處理可用化學(xué)或電化學(xué)方法?；瘜W(xué)方法是將工件放入氧化溶液中，依靠化學(xué)作用在工件表面形成氧化膜，如鋼鐵的發(fā)藍(lán)處理。

2.化學(xué)方法

這種方法是無電流作用，利用化學(xué)物質(zhì)相互作用，在工件表面形成鍍覆層。其中主要的方法是：1）化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理。在電解質(zhì)溶液中，金屬工件在無外電流作用，由溶液中化學(xué)物質(zhì)與工件相互作用從而在其表面形成鍍層的過程，稱為化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理。如金屬表面的發(fā)藍(lán)、磷化、鈍化、鉻鹽處理等。2）化學(xué)鍍。在電解質(zhì)溶液中，工件表面經(jīng)催化處理，無外電流作用，在溶液中由于化學(xué)物質(zhì)的還原作用，將某些物質(zhì)沉積于工件表面而形成鍍層的過程，稱為化學(xué)鍍，如化學(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍銅等。

3.熱加工法

這種方法是在高溫條件下令材料熔融或熱擴(kuò)散，在工件表面形成涂層。其主要方法是：1）熱浸鍍。金屬工件放入熔融金屬中，令其表面形成涂層的過程，稱為熱浸鍍，如熱鍍鋅、熱鍍鋁等。2）熱噴涂。將熔融金屬霧化，噴涂于工件表面，形成涂層的過程，稱為熱噴涂，如熱噴涂鋅、熱噴涂鋁等。3）熱燙印。將金屬箔加溫、加壓覆蓋于工件表面上，形成涂覆層的過程，稱為熱燙印，如熱燙印鋁箔等。4）化學(xué)熱處理。工件與化學(xué)物質(zhì)接觸、加熱，在高溫態(tài)下令某種元素進(jìn)入工件表面的過程，稱為化學(xué)熱處理，如滲氮、滲碳等。5）堆焊。以焊接方式，令熔敷金屬堆集于工件表面而形成焊層的過程，稱為堆焊，如堆焊耐磨合金等。

4.真空法

這種方法是在高真空狀態(tài)下令材料氣化或離子化沉積于工件表面而形成鍍層的過程。其主要方法是：1）物理氣相沉積（PVD）。在真空條件下，將金屬氣化成原子或分子，或者使其離子化成離子，直接沉積到工件表面，形成涂層的過程，稱為物理氣相沉積，其沉積粒子束來源于非化學(xué)因素，如蒸發(fā)鍍?yōu)R射鍍、離子鍍等。2）離子注入。高電壓下將不同離子注入工件表面令其表面改性的過程，稱為離子注入，如注硼等。3）化學(xué)氣相沉積（CVD）。低壓（有時(shí)也在常壓）下，氣態(tài)物質(zhì)在工件表面因化學(xué)反應(yīng)而生成固態(tài)沉積層的過程，稱為化學(xué)氣相鍍，如氣相沉積氧化硅、氮化硅等。

5.其它方法

主要是機(jī)械的、化學(xué)的、電化學(xué)的、物理的方法。其中的主要方法是：1）涂裝。閑噴涂或刷涂方法，將涂料（有機(jī)或無機(jī)）涂覆于工件表面而形成涂層的過程，稱為涂裝，如噴漆、刷漆等。2）沖擊鍍。用機(jī)械沖擊作用在工件表面形成涂覆層的過程，稱為沖擊鍍，如沖擊鍍鋅等。3）激光面表處理。用激光對(duì)工件表面照射，令其結(jié)構(gòu)改變的過程，稱為激光表面處理，如激光淬火、激光重熔等。4）超硬膜技術(shù)。以物理或化學(xué)方法在工件表面制備超硬膜的技術(shù)，稱為超硬膜技術(shù)。如金剛石薄膜，立方氮化硼薄膜等。5）電泳及靜電噴涂。電泳的方法，是工件作為一個(gè)電極放入導(dǎo)電的水溶性或水乳化的涂料中，與涂料中另一電極構(gòu)成解電路。在電場(chǎng)作用下，涂料溶液中已離解成帶電的樹脂離子，陽離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)。這些帶電荷的樹脂離子，連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件表面，形成涂層，這一過程稱為電泳。靜電噴涂是在直流高電壓電場(chǎng)作用，霧化的帶負(fù)電的油漆粒子定向飛往接正電的工件上，從而獲得漆膜的過程，稱為靜電噴涂。

四、發(fā)展前景

目前表面處理一些傳統(tǒng)方法，如堆焊、熱噴涂、電刷渡等工藝往往適應(yīng)不了現(xiàn)代工業(yè)的需求。如一些對(duì)溫度特別敏感的金屬零部件，會(huì)使零件表面達(dá)到很高溫度，造成零件變形或產(chǎn)生裂紋，影響零件的尺寸精度和正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致軸斷裂；電刷渡雖無熱影響，但渡層厚度不能太厚，污染嚴(yán)重，應(yīng)用也受到了極大的限制。目前西方國(guó)家針對(duì)上述方法的弊端研制出高分子復(fù)合材料的現(xiàn)場(chǎng)表面處理方法，其中比較成熟的有福世藍(lán)技術(shù)體系。材料所具有的綜合性能及在任何時(shí)間內(nèi)可機(jī)械加工的優(yōu)越性，不但完全滿足修復(fù)后的使用要求及精度，還可以降低設(shè)備在運(yùn)行中承受的沖擊震動(dòng)，延長(zhǎng)使用壽命。因材料是“變量”關(guān)系，當(dāng)外力沖擊材料時(shí)，材料會(huì)變形吸收外力，并隨著軸承或其它部件的脹縮而脹縮，始終和部件保持緊配合，降低磨損的幾率，針對(duì)大型設(shè)備的磨損，也可采用“模具”或“配合部件”針對(duì)損壞的設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，避免設(shè)備的整體拆卸，還可以最大限度地保證部件配合尺寸，滿足設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行要求，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，確保企業(yè)的安全連續(xù)生產(chǎn)。在國(guó)內(nèi)表面處理的應(yīng)用中，高分子復(fù)合材料也起到了越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

化學(xué)氣相沉積的概念范文第3篇

本文介紹了濺射鍍膜的基本原理和特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，摸索出多種鍍膜的工藝參數(shù)，重點(diǎn)介紹了濺射鍍膜技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

2濺射設(shè)備

2.1濺射基本原理

鍍膜工藝在各行各業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，在電鍍行業(yè)中有人稱為“干鍍”。在電子、光學(xué)領(lǐng)域人們常叫薄膜沉積技術(shù)或真空鍍膜技術(shù)。

真空鍍膜技術(shù)按其成膜的基本原理可以分為下列幾類：物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和等離子體刻蝕等。其中物理氣相沉積包括熱蒸發(fā)、濺射、離子鍍和離子束。

濺射只是入射離子和靶材表面原子進(jìn)行能量交換，使靶材原子獲得足夠能量脫離母材，并按相應(yīng)的濺射方向飛躍出來。它與氣蝕概念無關(guān)。濺射的材料適應(yīng)性廣：高熔點(diǎn)、介質(zhì)、化合物、陶瓷和合金等材料均可作為靶材。濺射粒子的初始動(dòng)能較大（1?10電子伏特），蒸發(fā)僅有0.1電子伏特，離化率高。也就是說：用荷能離子轟擊靶材，而使其表面原子從靶材逸出的過程。荷能離子--氬離子是由輝光放電形成的等離子體提供的。

濺射可分為二級(jí)、三極、四極和磁控。磁控濺射又分為直流源和交流源。

2.2磁控濺射技術(shù)

濺射技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過程，才達(dá)到了實(shí)用化程度。1970年后，才出現(xiàn)磁控濺射裝置，約1975年時(shí)有了商品。它使薄膜工藝發(fā)生了深刻變化，不但滿足薄膜工藝越來越復(fù)雜的要求，而且促成了新的薄膜工藝。我國(guó)1980年前后發(fā)展了磁控濺射技術(shù)，現(xiàn)已廣泛使用。

磁控濺射被稱為一種高速低溫的濺射技術(shù)，它本質(zhì)上是磁控模式進(jìn)行的二極濺射，它的發(fā)展是從強(qiáng)化放電理論出發(fā)的，事實(shí)上它既收到了提高濺射速率的效果，又達(dá)到了降低基片溫升的目的。

磁控濺射裝置是在直流二極濺射靶的內(nèi)側(cè)加上固定的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)用恒磁體來實(shí)現(xiàn)。靶的背面有冷卻水套，靶的正面有屏蔽罩。

當(dāng)靶上加上一個(gè)電壓時(shí)，電場(chǎng)E和磁場(chǎng)B相互垂直，此時(shí)電子的運(yùn)動(dòng)是以速度為Vt，旋轉(zhuǎn)半徑為Rg的螺旋運(yùn)動(dòng)，在空間的三維軌道為螺旋距變化的斜螺旋線。

平面磁控靶的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互正交排列，產(chǎn)生了強(qiáng)的聚焦力，作用在快速電子上，而產(chǎn)生的二次電子在封閉的軌道上作無窮無盡的擺線運(yùn)動(dòng)?！芭艿馈笔降碾娮悠苹蚴强畿S跑道的電子振蕩都在陰極暗區(qū)外側(cè)產(chǎn)生了豐富的電離，等離子體的磁聚焦由于靜電聚焦作用得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。在陰極暗區(qū)邊緣產(chǎn)生了電離密集區(qū)。由于磁體成環(huán)狀腐蝕區(qū)，正離子很容易受到陰極壓降的作用而垂直入射轟擊在靶面上。

磁場(chǎng)的磁力線形成弧形的閉合磁路，起作用的僅有平行于靶面與電場(chǎng)E相垂直的Bx分量，由于各處Bx分量大小不等，使得“跑道”形狀腐蝕區(qū)中間的等離子體強(qiáng)度最大，從而離子流轟擊靶材粒子逸出最多，結(jié)果環(huán)狀中間腐蝕最深，邊緣最淺。所以經(jīng)長(zhǎng)期濺射的平面靶材出現(xiàn)一個(gè)環(huán)狀溝糟。

2.3濺射鍍膜的特點(diǎn)

(1)對(duì)濺射靶的面積以及形狀無限制，而且可以在大面積工件上獲得分布均勻的薄膜。

(2)濺射速率由濺射產(chǎn)額和靶的轟擊電流密度決定，通過控制工作電流即可控制濺射速率，從而方便地控制鍍膜厚度。

(3)靶的使用壽命長(zhǎng)，濺射鍍膜設(shè)備適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和自動(dòng)化。因此，制造的膜層性能穩(wěn)定、重復(fù)性好。

(4)由于靶是固體蒸發(fā)源，所以工件和靶的相對(duì)位置可以自由選擇，方便在不同工件上鍍膜。

(5)所采用的氣體多為氬氣、氮?dú)獾龋踩煽繜o危險(xiǎn)。

(6)可采用合金靶、復(fù)合靶和鑲嵌靶來制取滿足成分要求的合金膜。

(7)高熔點(diǎn)物質(zhì)、介質(zhì)和絕緣物質(zhì)也容易成膜。

(8)濺射膜附著力良好。

以上特點(diǎn)，為濺射鍍膜廣泛使用提供了充分條件。

3濺射鍍膜工藝

設(shè)備是JCK-500型磁控濺射臺(tái)，靶為BF-250型平面矩形靶，磁體采用鍶鐵氧體（恒磁體），距靶面5毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度B大于400高斯。

為了濺射各種用途的“膜”，分別應(yīng)用了Ta、Au、Ni、Ti、Cu、Ag、Al金屬作為靶材，由于該設(shè)備有四個(gè)靶，可裝四種不同材料的靶，因此可以在抽好真空時(shí)，一次完成四種金屬的濺射，這方便了各類復(fù)合膜的制作。由于有兩個(gè)氣體入口，若通入反應(yīng)氣體可以制備各種化合物膜，例如鈦在氬、氮?dú)饣旌蠚夥罩兄苽涑鯰iN膜；鋅在氬、氧混合氣氛中制備出ZnO膜；鋁在氬氧氣氛中制備出A1203膜等等。

常用濺射條件：

At氣量：0.01?0.001托

電壓：400?900伏特

電流：2?10安培

由于靶材不同，厚度不同，所以在靶上施加電壓時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出不同的電壓電流曲線，就JCK一500型濺射臺(tái)的最佳濺射條件：電壓500?600伏特，電流4?6安培，Ar氣量（5-2)X0.01托，在工作中電壓應(yīng)保持在500伏特以上，根據(jù)不同材料可以適當(dāng)改變Ar氣量或電流大小.這樣濺射出的膜質(zhì)優(yōu)良，性能最佳。

由于設(shè)備工件架可以按一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)。保證了膜層的均勻性，長(zhǎng)度方向20cm內(nèi)，厚度差小于5%。

表1是對(duì)幾種靶材實(shí)驗(yàn)時(shí)的工藝參數(shù)。

4濺射膜的作用

41制作微波集成電路

在微波集成電路中，導(dǎo)電材料主要作為傳輸線，互連線，電阻電容的電極，電感線圈等，在選材時(shí)需要考慮高頻特征、沉積工藝、附著強(qiáng)度、可焊性等問題。目前國(guó)內(nèi)普遍使用鉻金或鎳鉻金制作微帶線，方法大多數(shù)采用真空蒸發(fā)獲得，但它與磁控濺射相比有許多缺點(diǎn)：生產(chǎn)數(shù)量不大、穩(wěn)定性較差、可焊性差、附著力差。

為了克服上述蒸發(fā)工藝的一些缺點(diǎn)，可采用濺射的方法制作導(dǎo)電膜，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)可以選用Ti_Cu-Ni-Au或Ta-Cu-Ni-Au及Cr-Cu-Ni-Au等復(fù)合膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)膜，并具有下述優(yōu)點(diǎn)：

(1)可以在同一次真空中完成膜的制作，不需

要電鍍；

(2)由于Ni層的引入，大大提高了焊接性能，Ni的隔熱作用防止了Cu、Au相互擴(kuò)張。電路表面，如金層被“吃掉”時(shí)，Ni同樣具有優(yōu)良的焊接性能；(3)節(jié)約黃金，生產(chǎn)批量大，縮短了工時(shí)，使成本降低；(4)濺射膜比蒸發(fā)膜的附著力高。

4.2電阻、電容的制作

電阻、電容可以用濺射Ta的方法制作，做成微小型片電阻、電容，也稱無引線倒裝阻容元件或芯片阻容元件。如果需要也可與“MLC”做在同一基片上。電阻值在幾歐姆到幾兆歐范圍內(nèi)，電容值一般在幾十微微法到幾百微微法內(nèi)。

適當(dāng)控制、改變工藝條件就能做出性能特別優(yōu)異的電阻、電容，它適用于薄膜電路，厚薄膜混合電路，精密電阻網(wǎng)絡(luò)，如轉(zhuǎn)換器及溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，各類精密衰減器件中。

4.3其他方面的應(yīng)用

濺射膜除用于電子電路外，還有許多用途，如光學(xué)、裝璜等方面。

(1)特種燈的聚光罩，用濺射鋁膜的方法可得到極高的反光指數(shù)，有很強(qiáng)的聚光作用，這樣的照明裝置可以照射幾十米外的距離?，F(xiàn)已廣泛用于邊防前線.公安部門，還可用于文化藝術(shù)方面的舞場(chǎng)、舞廳、舞臺(tái)演出作布景用，從1985年起，每年生產(chǎn)若干萬件，生產(chǎn)量逐年增加，需求量越來越大。

(2)濺射鈦、如在氬、氮混合氣氛中進(jìn)行，就能制備出TiN膜，能使模具、刀具的壽命提高5-10倍。表帶表殼仿金色。玩具、日用品、陶瓷等都可以做成金色、古銅色、銀色等等。

(3)各種用途的塑料制品，如需金屬化都可以用濺射的方法獲得。

塑料膜、紙張的金屬化可制成鋁箔、銀箔、錫箔，用于包裝與裝璜。

塑料膜作掩膜濺射導(dǎo)電金屬，可用于“電子薄膜式觸摸按鍵開關(guān)”。如BSM系列電腦皮帶秤面板上的功能操作鍵就是用這種方法。它省去了所有立體的開關(guān)、按鍵，在其它許多電子設(shè)備上也適用。

5彩電色度延遲線的光學(xué)玻璃、PZT壓電陶瓷的金屬化最初試驗(yàn)時(shí)采用蒸發(fā)鉻金，常有脫落現(xiàn)象，特別是焊接問題不能過關(guān)，成為關(guān)鍵問題。經(jīng)試驗(yàn)，用復(fù)合膜可以滿足使用要求。由于使用賤金屬，大大降低了成本，便于民用產(chǎn)品的開發(fā)，現(xiàn)有設(shè)備對(duì)40X12(mm)的換能片一次可濺射240片，可作延遲線器件8000件，對(duì)于40X20(mm)的光學(xué)玻璃一次可濺射120片，可作器件4000件，現(xiàn)能大批量投入生產(chǎn)。

6各類傳感器的應(yīng)用

雷達(dá)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的碼盤，數(shù)控自動(dòng)化機(jī)床采用的光電傳感器，用濺射方法很容易得到品質(zhì)優(yōu)良的器件。

另外難度比較大的，采用半導(dǎo)體集成工藝制成的包括變換器、敏感元件、放大電路、調(diào)整及補(bǔ)償電路在內(nèi)的混合式集成傳感器，用于壓力，流量、液體、加速度、聲音和溫度等多種測(cè)量，由于集成化帶來小化，這在醫(yī)用傳感器上是特別重要的，例如ZnO薄膜是一種很重要的壓電材料。此外.在光電材料和敏感材料領(lǐng)域也占有重要地位，用反應(yīng)派射出的ZnO膜是做氣敏元件的好材料，它可以測(cè)量酒精濃度、一氧化碳濃度等等。

總之，濺射膜幾乎可以取代傳統(tǒng)的蒸發(fā)膜，而且正廣泛深入應(yīng)用到各科技領(lǐng)域和民用產(chǎn)品中去。

7結(jié)語

我國(guó)70年展起來的微波集成電路或稱薄膜電路，早已進(jìn)入成熟應(yīng)用階段。在微波儀表、通訊、雷達(dá)、導(dǎo)航、遙控、衛(wèi)星等設(shè)備上大量采用。同時(shí)又從軍用向民用方向發(fā)展.取得了許多有價(jià)值的經(jīng)濟(jì)成果柙技術(shù)成果.這是眾所周知的?，F(xiàn)仍在繼續(xù)穩(wěn)步深入發(fā)展：比如薄膜多層電路、單片微波集成電路的研制：由于厚膜電路工藝簡(jiǎn)單、材料低廉、成本低,所以取代了部分薄膜電路，但隨著使用頻率提高，特別是毫米波、亞毫米波、厚膜電路是無法勝任的，因而薄膜電路是不可缺少的重要技術(shù)。繼續(xù)突破新的技術(shù)問題才是至關(guān)重要的。

當(dāng)然在薄膜電路的深入發(fā)展中，濺射工藝將會(huì)起著特殊重要的作用。

化學(xué)氣相沉積的概念范文第4篇

【關(guān)鍵詞】材料化學(xué)；改革；探索

中圖分類號(hào)：G64　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1006-0278(2011)10-098-03

現(xiàn)代高科技的競(jìng)爭(zhēng)在很大程度上依賴于人才的培養(yǎng)，因而社會(huì)對(duì)人才的綜合素質(zhì)提出了更高的要求。培養(yǎng)專業(yè)知識(shí)面寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、具備創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才，是高等院校義不容辭的責(zé)任，是歷史賦予的使命。近年來，為了全面推進(jìn)素質(zhì)教育，提升大學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力，學(xué)院以教學(xué)為中心，不斷深化課程教學(xué)改革，創(chuàng)新教學(xué)體系，取得了顯著的成效。實(shí)踐表明，課程教學(xué)改革是一項(xiàng)圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)而展開的系統(tǒng)工程，需要學(xué)校各方面的支持、配合以及全體師生的共同參與。筆者結(jié)合本校的課程教學(xué)改革實(shí)踐對(duì)《材料化學(xué)》課程進(jìn)行了定位，并討論了該課程教學(xué)方法和內(nèi)容的改革探索與實(shí)踐。

一、材料化學(xué)的定位

(一)材料化學(xué)的定義

材料化學(xué)是一門研究材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用及其相互關(guān)系的科學(xué)，它是材料科學(xué)的一個(gè)重要分支，又是核心內(nèi)容。材料化學(xué)是一門新興的邊緣學(xué)科，是在學(xué)科的生長(zhǎng)和發(fā)展中互相交叉、互相滲透下形成的，是作為基礎(chǔ)學(xué)科的化學(xué)更直接地介入到材料科學(xué)中的一個(gè)具體體現(xiàn)。因此，可以說《材料化學(xué)》課程是化學(xué)基礎(chǔ)課和材料學(xué)專業(yè)課程之間的一個(gè)重要橋梁。

為打破原有專業(yè)劃分的界限，在制定《材料化學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，必須進(jìn)行以加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)知識(shí)面和加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練為主要目的的課程改革；在課程建設(shè)中，必須結(jié)合實(shí)際，明確了《材料化學(xué)》課程的定位：通過對(duì)這一課程的理論學(xué)習(xí)，使學(xué)生在掌握材料化學(xué)的基本原理基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)運(yùn)用基礎(chǔ)化學(xué)理論解決實(shí)際問題。

(二)材料化學(xué)教材的選擇

材料化學(xué)學(xué)科的著眼點(diǎn)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，而課程教學(xué)是實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)全面加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)、技能、能力、創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)培養(yǎng)有著舉足輕重的作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與知識(shí)的不斷更新，教材的選擇是關(guān)鍵點(diǎn)。自從2005年開設(shè)《材料化學(xué)》這門課程，我國(guó)出版的教材在質(zhì)上發(fā)生了一些微妙的變化。最早的教材是1994年廈門大學(xué)丁馬太教授出版的《材料化學(xué)導(dǎo)論》，該教科書還被復(fù)旦大學(xué)、西北大學(xué)等采用，但內(nèi)容相對(duì)比較陳舊。其后，北京師范大學(xué)李奇老師主編了《材料化學(xué)》，上海交通大學(xué)唐小真教授主編了《材料化學(xué)導(dǎo)論》以及南京師范大學(xué)周志華教授主編了《材料化學(xué)》等。直到2008年，中山大學(xué)曾兆華老師根據(jù)自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐體會(huì)出版了《材料化學(xué)》教材，前半部分涉及材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能等材料化學(xué)的基本內(nèi)容，后半部分則以金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類材料為主線，對(duì)不同種類的材料進(jìn)行介紹，其中涉及各種現(xiàn)代先進(jìn)材料如高性能金屬材料、電子信息材料、納米材料、功能陶瓷、感光材料、生物醫(yī)用材料、航空航天材料、能源材料等，并敘述各種材料的性能和行為與其成分及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，這些內(nèi)容與本課程以前的教學(xué)內(nèi)容不謀而合。總之，教材是指引學(xué)生入門的工具，作為教師一定要把好教材關(guān)，找到適合自己學(xué)生的教材，方能做到事半功倍。

二、材料化學(xué)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

雖然材料化學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，但隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，材料化學(xué)領(lǐng)域的研究成果逐漸得到應(yīng)用。例如Motorola、保潔等公司每年都會(huì)招聘材料化學(xué)方向的人才到其研發(fā)中心進(jìn)行新產(chǎn)品新工藝的開發(fā)。因此，從培養(yǎng)創(chuàng)新型人才角度來看，教學(xué)過程中應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)材料化學(xué)理論知識(shí)與科研、生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際問題的聯(lián)系，從而提高學(xué)生綜合運(yùn)用材料化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。然而，由于受傳統(tǒng)教學(xué)方法的影響，其教學(xué)主要以教師、課堂、教材為申心教學(xué)模式。該模式過于依賴?yán)碚摻虒W(xué)，由于材料化學(xué)綜合了材料學(xué)，普通化學(xué)等方面的內(nèi)容，涉及的理論知識(shí)較為抽象，內(nèi)容較為難懂，因此，單純地采取傳統(tǒng)教學(xué)模式，在授課過程中，教師很難將復(fù)雜的知識(shí)簡(jiǎn)單化，把抽象的知識(shí)具體化，降低了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。我們要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，就必須建立有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)體系，因此，進(jìn)行材料化學(xué)課程的教學(xué)模式改革是十分必要的。

(一)教學(xué)方法與手段的改革探索與實(shí)踐

(1)采用循環(huán)式教學(xué)方法，加強(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系

科學(xué)地組織教學(xué)內(nèi)容，采用循環(huán)式教學(xué)方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。在教學(xué)過程中，首先從生活或生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，讓學(xué)生了解一些材料的性能及應(yīng)用知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的基本理論的興趣，再運(yùn)用材料化學(xué)基本理論來解釋材料結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，凝煉出材料設(shè)計(jì)與制備的原理和方法，并以此原理和方法來設(shè)計(jì)和制各出有一定社會(huì)需求的新型材料。這種循環(huán)式教學(xué)方法既能提高學(xué)生的理論水平，又能培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。

2、實(shí)施三結(jié)合教學(xué)方式，營(yíng)造生動(dòng)活潑的教學(xué)氛圍

在教學(xué)中，我們采用自創(chuàng)三結(jié)合教學(xué)方式，即講解與討論相結(jié)合、講授與自學(xué)相結(jié)合、期末考試與平時(shí)小論文相結(jié)合。我們改革了傳統(tǒng)的“注入式”教學(xué)，建立了“啟發(fā)式”教學(xué)模式，采取“以學(xué)生為主體、教為引導(dǎo)”的方式，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主導(dǎo)地位。在教學(xué)過程中注意調(diào)動(dòng)學(xué)生參與教學(xué)的積極_陛，隨時(shí)讓學(xué)生提出問題，然后大家共同討論，以此不斷提高他們分析問題的能力和對(duì)問題的理解、認(rèn)知和表達(dá)能力。通過我們有意識(shí)地將講解與討論相結(jié)合，較大力度地變教師為主的傳統(tǒng)教學(xué)方式為教師與學(xué)生互動(dòng)的教學(xué)形式。在教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)，最新的科研成果往往最能激發(fā)學(xué)生的興趣和開發(fā)學(xué)生的思維。因此在相應(yīng)的章節(jié)教學(xué)中，我們會(huì)及時(shí)有效地插入一些最新的研究成果與數(shù)據(jù)，通過這種方式培養(yǎng)學(xué)生掌握學(xué)科最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和開拓知識(shí)的能力。

通過近幾年教學(xué)實(shí)踐表明，我們的教學(xué)方法在培養(yǎng)學(xué)生的新思維和新思路方面發(fā)揮了獨(dú)到的作用。通過三結(jié)合教學(xué)方式進(jìn)一步鍛煉了學(xué)生解決問題的能力、表達(dá)能力、自學(xué)能力以及撰寫科技論文的能力，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

3、豐富教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

現(xiàn)代化教育技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上促進(jìn)了教學(xué)手段的多元化，首先在參考其他學(xué)校相近課程課件的基礎(chǔ)上結(jié)合本課程的教學(xué)內(nèi)容制作了《材料化學(xué)》電子課件。綜合運(yùn)用圖片、動(dòng)畫、文字等多種形式向?qū)W生提供豐富的感性材料，直觀而又形象地揭示事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，有效地突破教學(xué)難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。例如在緒論部分，將材料科學(xué)發(fā)展的相關(guān)圖片做成課件在課堂上放映，使學(xué)生對(duì)本課程的發(fā)展、意義、主要內(nèi)容有生動(dòng)而深刻的印象；在納米材料章節(jié)中，一些納米材料的圖片能更形象、直觀，有效地幫助學(xué)生理解和掌握 知識(shí)點(diǎn)。此外，我們還充分利用flas直觀易理解的優(yōu)勢(shì)，例如在材料的結(jié)構(gòu)一章中，插入14種空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)模型，金屬晶體的3種典型堆積模型，晶體間隙的形成、缺陷和位錯(cuò)的形成等：在材料的制各一章中，插入多個(gè)物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積裝置動(dòng)畫；在無機(jī)非金屬材料一章中針對(duì)石英光纖的制各，插入了多幅動(dòng)畫。在整個(gè)教學(xué)過程中，該課件產(chǎn)生了很好的教學(xué)效果極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

另外，互聯(lián)網(wǎng)也是老師和學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間交流的平臺(tái)，將主講教師的電子信箱告訴學(xué)生，學(xué)生可以給教師發(fā)電子郵件談學(xué)習(xí)、談思想，交流學(xué)習(xí)中存在的問題，以及學(xué)習(xí)、生活中的感受和困難，利用現(xiàn)代化的手段，拉近師生間以及學(xué)生之間的距離。

(二)教學(xué)內(nèi)容改革探索與實(shí)踐

材料化學(xué)是從化學(xué)的角度研究材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的一門科學(xué)。它既是材料科學(xué)的一個(gè)重要分支，又是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)組成部分，具有明顯的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科的性質(zhì)，并且是材料科學(xué)的核心部分，具有明顯的應(yīng)用理科性質(zhì)，在理論和實(shí)踐上的重要性是不言而喻的。

1、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)

優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)在于突出理論知識(shí)的應(yīng)用和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，基礎(chǔ)理論教學(xué)以應(yīng)用為目的，專業(yè)課教學(xué)強(qiáng)調(diào)針對(duì)性和實(shí)用性。在構(gòu)建新的課程體系過程中一方面要規(guī)劃好專業(yè)的主干課程，另一方面以技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，理順相關(guān)課程開課順序，加大實(shí)踐教學(xué)的比例，強(qiáng)化實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重。我院在課程設(shè)置上力求反映材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)要求，注意改變知識(shí)簡(jiǎn)單任意拼湊、課程之間相互脫節(jié)的狀況，整個(gè)課程以通識(shí)教育課程、學(xué)科類基礎(chǔ)課程、專業(yè)必修課、選修課、跨學(xué)科任意選修課和實(shí)踐教學(xué)構(gòu)成。選修課開設(shè)的原則是：有利于培養(yǎng)學(xué)生的一專多能、拓寬學(xué)生的知識(shí)面以及培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工作能力和創(chuàng)新精神等。根據(jù)專業(yè)方向的不同，開設(shè)課程也有所區(qū)別。同時(shí)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，在課程體系中實(shí)施改革，增加人文教育內(nèi)容，強(qiáng)化人文素質(zhì)教育，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的提高。

2、教學(xué)內(nèi)容與特色學(xué)科建設(shè)相結(jié)合

材料化學(xué)以普通化學(xué)基礎(chǔ)和材料學(xué)理論為基礎(chǔ)，涉及的理論知識(shí)比較抽象，從學(xué)習(xí)的角度將，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中從宏觀的概念轉(zhuǎn)化到微觀。如從電子，原子、分子水平來理解材料的基本性能。因此，教學(xué)難度比較大，如果單純地采用單一的教學(xué)方式，會(huì)導(dǎo)致理論與試劑脫離，增加了教學(xué)難度，在一定程度上不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。所以，在教學(xué)過程中，應(yīng)該結(jié)合我院材料學(xué)科建設(shè)的特點(diǎn)，拓寬教材內(nèi)容，結(jié)合我院材料學(xué)科的優(yōu)勢(shì)和特色，在教學(xué)內(nèi)容中融入我院金屬材料、無機(jī)納米材料的物理化學(xué)性能，以使學(xué)生更加容易接受，增強(qiáng)教學(xué)效果。同時(shí)結(jié)合材料的最新研究動(dòng)態(tài)，理論聯(lián)系實(shí)際地將新興材料的最新進(jìn)展向?qū)W生介紹，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和實(shí)際應(yīng)用能力。

3、教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)材料化學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)方案

針對(duì)材料化學(xué)課程特點(diǎn)，依托學(xué)科特色，圍繞培養(yǎng)和造就富有創(chuàng)新意識(shí)和能力的寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)、顯個(gè)性的人才培養(yǎng)理念并結(jié)合本專業(yè)現(xiàn)有的教學(xué)科研條件，對(duì)材料化學(xué)學(xué)課程進(jìn)行了改革和探索。材料化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的選材要體現(xiàn)基礎(chǔ)寬、起點(diǎn)高、內(nèi)容新、知識(shí)活的原則，強(qiáng)調(diào)從化學(xué)角度提出問題、分析問題、解決問題的方法和思路。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)讓學(xué)生了解材料學(xué)科的概況和發(fā)展趨勢(shì)；了解材料制各過程中的化學(xué)現(xiàn)象和反應(yīng)特征；了解所制得材料的形貌、物相和物理化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系：掌握材料制備過程中的化學(xué)原理與方法：了解材料的化學(xué)改性方法和新材料設(shè)計(jì)和開發(fā)的研究方法，同時(shí)也要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。實(shí)踐證明，通過改革，學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)明顯得到提高。

(三)教師隊(duì)伍的建設(shè)

高校師資隊(duì)伍是學(xué)校發(fā)展的根本所在，是學(xué)科建設(shè)的重中之重。一所高水平大學(xué)必須擁有一支高水平的教師隊(duì)伍。師資是衡量大學(xué)水平的最重要的指標(biāo)和要素。由于材料化學(xué)課程是介于材料學(xué)和化學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，所涉及面較廣。單純有純化學(xué)背景的教師或純材料學(xué)背景的教師上課，由于知識(shí)面的問題，會(huì)導(dǎo)致教師教的費(fèi)勁，學(xué)生學(xué)得困難。對(duì)于材料化學(xué)課程教師隊(duì)伍應(yīng)該持續(xù)充電，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)。要鼓勵(lì)材料材料化學(xué)課程教師積極對(duì)外交流，這樣有利于學(xué)科交叉和吸取其他高校的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還要做到教學(xué)和科研相結(jié)合，緊跟材料科學(xué)研究的前沿。在教學(xué)過程中，教師要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行延伸，不僅僅是單純地講述課本上的內(nèi)容，這樣就使本來很單調(diào)的內(nèi)容變得比較有趣，活躍了課堂氣氛，讓學(xué)生學(xué)到最新和最現(xiàn)代的知識(shí)和技術(shù)。因此，在材料化學(xué)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐中，必須加強(qiáng)高校師資隊(duì)伍建設(shè)。

化學(xué)氣相沉積的概念范文第5篇

第一節(jié)鋼的熱處理原理

熱處理的目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強(qiáng)化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省和能源，而且能夠提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。

熱處理工藝分類：（根據(jù)熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下）

1、整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)；

2、表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)等；

3、化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。

熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻

一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

加熱的目的：使鋼奧氏體化

（一）奧氏體（A）的形成

奧氏體晶核的形成以共析鋼為例A1點(diǎn)則Wc＝0.0218％（體心立方晶格F）Wc＝6.69％（復(fù)雜斜方滲碳體）當(dāng)T上升到Ac1后Wc＝0.77％（面心立方的A）由此可見轉(zhuǎn)變過程中必須經(jīng)過C和Fe原子的擴(kuò)散，必須進(jìn)行鐵原子的晶格改組，即發(fā)生相變，A在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。有兩個(gè)有利條件①此相界面上成分介于鐵素體和滲碳體之間②原子排列不規(guī)則，空位和位錯(cuò)密度高。

圖1珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變示意圖

a)形核b)長(zhǎng)大c)剩余滲碳體溶解d)奧氏體均勻化

（二）奧氏體晶粒的長(zhǎng)大

奧氏體大小用奧氏體晶粒度來表示。分為00，0，1，2…10等十二個(gè)等級(jí)，其中常用的1～10級(jí)，4級(jí)以下為粗晶粒，5-8級(jí)為細(xì)晶粒，8級(jí)以上為超細(xì)晶粒。

影響A晶粒粗大因素

1、加熱溫度越高，保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，奧氏體晶粒越粗大。因此，合理選擇加熱和保溫時(shí)間。以保證獲得細(xì)小均勻的奧氏體組織。（930～950℃以下加熱，晶粒長(zhǎng)大的傾向小，便于熱處理）

2、A中C含量上升則晶粒長(zhǎng)大的傾向大。

二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

生產(chǎn)中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續(xù)冷卻

（一）過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

A在相變點(diǎn)A1以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1以下就成了不穩(wěn)定相。

1、共析碳鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能

圖2共析鋼過冷奧氏體等溫

轉(zhuǎn)變曲線的建立示意圖

1）高溫珠光體型轉(zhuǎn)變：A1～550℃

（1）珠光體（P）A1～650℃粗層狀約0.3μm<25HRC

（2）索氏體（S）650～600℃細(xì)層狀0.1～0.3μm，25～35HRC

（3）屈氏體（T）600～550℃極細(xì)層狀約0.1μm，35～40HRC

2）中溫貝氏體型轉(zhuǎn)變：550℃～Ms

（1）上貝氏體（B上）550～350℃羽毛狀40～45HRC脆性大，無使用價(jià)值

（2）下貝氏體（B下）350~Ms黑色針狀45～55HRC韌性好，綜合力學(xué)性能好

（3）低溫馬氏體型轉(zhuǎn)變：Ms～Mf當(dāng)A被迅速過冷至Ms以下時(shí)，則發(fā)生馬氏體（M）轉(zhuǎn)變，主要形態(tài)是板條狀和片狀。（當(dāng)Wc＜0.2％時(shí)，呈板條狀，當(dāng)Wc＞1.0％呈針片狀，當(dāng)Wc＝0.2％～1.0％時(shí)，呈針片狀和板條狀的混合物）

（二）過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

1．共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能

（1）隨爐冷P170～220HBS（700～650℃）

（2）空冷S25～35HRC（650～600℃）

圖3共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖4應(yīng)用等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變

2．馬氏體轉(zhuǎn)變

當(dāng)冷速>馬氏體臨界冷卻速度VK時(shí)，奧氏體發(fā)生M轉(zhuǎn)變，即碳溶于α—Fe中的過飽和固溶體，稱為M（馬氏體）。

1）轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：M轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行（Ms～Mf）,M轉(zhuǎn)變是在一個(gè)非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變(碳、鐵原子不能擴(kuò)散）,M轉(zhuǎn)變速度極快（大于Vk）,M轉(zhuǎn)變具有不完全性（少量的殘A）,M轉(zhuǎn)變只有α－Fe、γ－Fe的晶格轉(zhuǎn)變.

（2）M的組織形態(tài)

Wc（％）M形態(tài)σb/Mpaσs/MPaδ(%)Ak/JHRC

0.1-0.25板條狀1020－1530820－13309－1760－18030－50

0.77片狀2350204011066

(3)M的力學(xué)性能

①M(fèi)的強(qiáng)度與硬度隨C的上升M的硬度、強(qiáng)度上升

②M的塑性與韌性：低碳板條狀M良好；板條狀M具有較高的強(qiáng)度、硬度和較好塑性和韌性相配合的綜合力學(xué)性能；針片狀M比板條M具有更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差。

圖5

第二節(jié)鋼的退火

1、概念：將鋼件加熱到適當(dāng)溫度(Ac1以上或以下)，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。

2、目的：

（1）降低硬度，提高塑性，

（2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷

（3）消除內(nèi)應(yīng)力

（4）為淬火作好組織準(zhǔn)備

3、類型：根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴(kuò)散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。

（1）完全退火：

1）概念：將亞共析鋼（Wc＝0.3％～0.6％）加熱到AC3+（30～50）℃，完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、埋入砂、石灰中），以獲得接衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。

2）目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能。

3）工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過冷奧氏體在Ar1以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。工件在退火溫度下的保溫時(shí)間不僅要使工件燒透，即工件心部達(dá)到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達(dá)到完全重結(jié)晶。完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至600℃左右即可出爐空冷。

4）適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。

（2）球化退火

1）概念：使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝稱為球化退火。

2）工藝：一般球化退火工藝Ac1+(10～20)℃隨爐冷至500～600℃空冷。

3）目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。

4）適用范圍：主要用于共析鋼、過共析鋼的刃具、量具、模具等。

（3）均勻化退火（擴(kuò)散退火）

1）工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到Ac3以上150～100℃，保溫10～15h后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。

2）目的：消除結(jié)晶過程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化，因此一般還需要進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過熱缺陷。

3）適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。

4）注意：高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴(yán)重，成本很高。只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來細(xì)化晶粒，消除鑄造應(yīng)力。

（4）去應(yīng)力退火

1)概念：為去除由于塑性變形加工、焊接等而造成的應(yīng)力以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火稱為去應(yīng)力退火。

2)工藝：將工件緩慢加熱到Ac1以下100～200℃（500～600℃）保溫一定時(shí)間（1～3h）后隨爐緩冷至200℃，再出爐冷卻。

鋼的一般在500～600℃；鑄鐵一般在500～550℃超過550℃容易造成珠光體的石墨化；焊接件一般為500～600℃。

3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機(jī)加工工件中的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件的尺寸，減少變形，防止開裂。

第三節(jié)鋼的正火

1、概念：將鋼件加熱到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。

2、目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。

3、組織：共析鋼P(yáng)、亞共析鋼F+P、過共析鋼Fe3CⅡ＋P

4、工藝：正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。

5、應(yīng)用范圍：

1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時(shí)易于“粘刀”，通過正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細(xì)片狀P，使硬度提高，改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。

2）消除熱加工缺陷。中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。

3）消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。過共析鋼在淬火之前要進(jìn)行球化退火，以便于機(jī)械加工并為淬火作好組織準(zhǔn)備。但當(dāng)過共析鋼中存在嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí)，將達(dá)不到良好的球化效果。通過正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。

4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達(dá)到一定的綜合力學(xué)性能，可以代替調(diào)質(zhì)處理，作為零件的最終熱處理。

第四節(jié)鋼的淬火

1、定義：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時(shí)間。然后以適當(dāng)速度冷卻獲得M或B組織的熱處理工藝。2、目的：顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度。

3、淬火溫度的選擇

1）碳鋼的淬火加熱溫度由Fe－Fe3C相圖來確定，其目的是為了①淬火后得到全部細(xì)小的M；②淬火后希望硬度高。

①亞共析鋼Ac3+(30～50)℃,可獲得細(xì)小的均勻的M，如溫度過高則有晶粒粗化現(xiàn)象，淬火后獲得粗大的M，使鋼的脆性增大；如溫度過低則淬火后M+F，有鐵素體出現(xiàn)，淬火硬度不足。

②共析鋼與過共析鋼Ac1+(30～50)℃，由于有高硬度的滲碳體和M存在，能保證得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過Accm將會(huì)使碳化物全部溶入A中，使A中的含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度和耐磨性；淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增大。

2）合金鋼

①對(duì)含有阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的強(qiáng)碳化物形成元素（如Ti、Nb等），淬火溫度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，獲得較好的淬火效果.

②對(duì)含有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素（如Mn等），淬火加熱溫度應(yīng)低一些，以防止晶粒粗大。

理想冷卻速度：650℃以上應(yīng)當(dāng)慢冷，以盡量降低淬火熱應(yīng)力。650～400℃之間應(yīng)當(dāng)快速冷卻，以通過過冷奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域，避免發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變。400以下至Ms點(diǎn)附近應(yīng)當(dāng)緩以盡量減小馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。具有這種冷卻特性的冷卻介質(zhì)可以保證在獲得M組織條件下減少淬火應(yīng)力、避免工件產(chǎn)生變形或開裂。

4、淬火介質(zhì)

淬火介質(zhì)：鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)。常用的有三種：

水：650～400℃范圍內(nèi)冷卻速度較小，不超過200℃/s，但在需要慢冷的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，其冷卻速度又太大，在340℃最大冷卻速度高達(dá)775℃/s，很容易引起工件變形和開裂。此外，水溫對(duì)水的冷卻特性影響很大，水溫升高，高溫區(qū)的冷卻速度顯著下降，而低溫區(qū)的冷卻速度仍然很高。因此淬火時(shí)水溫不應(yīng)超過30℃，加強(qiáng)水循環(huán)和工件的攪動(dòng)可以加速工件在高溫區(qū)的冷卻速度。水雖不是理想淬火介質(zhì)，但卻適用于尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單的碳鋼工件淬火。

油：在650～550℃內(nèi)冷卻較慢，不適用于碳鋼，300～200℃范圍內(nèi)冷很慢，有利于淬火工件的組織應(yīng)力，減少工件變形和開裂傾向。與水相反，提高油溫可以降低粘度，增加流動(dòng)性，故可以提高高溫區(qū)的冷卻能力。但是油溫過高易著火，一般應(yīng)控制在60～80℃。適用于對(duì)過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼。

水與油作為淬火介質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均不是屬于理想的冷卻介質(zhì)。水的冷卻能力很大，但冷卻特性不好；油冷卻特性較好，但其冷卻能力又低。由于水是價(jià)廉、容易獲得、性能穩(wěn)定的淬火介質(zhì)，因此目前世界各國(guó)都在發(fā)展有機(jī)水溶液作為淬火介質(zhì)。美國(guó)應(yīng)用濃度為15％聚乙烯醇、0.4％抗粘附劑、0.1％防泡劑的淬火介質(zhì)，以及國(guó)內(nèi)使用比較廣泛的新型淬火介質(zhì)有過飽和硝鹽水溶液等。它們的共同特點(diǎn)是冷卻能力介于水、油之間，接近于理想淬火介質(zhì)。主要用于貝氏體等溫淬火，馬氏體分級(jí)淬火，常用于處理形狀復(fù)雜、尺寸較小和變形要求嚴(yán)格的工件。

5、淬火方法（常用的淬火方法：?jiǎn)谓橘|(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火、貝氏體等溫淬火）

1、單介質(zhì)淬火

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、應(yīng)用廣泛。

缺點(diǎn)：水中淬火變形與開裂傾向大；油中淬火冷卻速度小，淬透直徑小，大件無法淬透。

2、雙介質(zhì)淬火

優(yōu)點(diǎn)：減少熱應(yīng)力與相變應(yīng)力，從而減少變形、防止開裂。

缺點(diǎn)：工藝不易掌握，要求操作熟練。

適用于中等形狀復(fù)雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼工件。

3、局部淬火

為了避免工件其它部分產(chǎn)生變形或開裂，即可用局部淬火。

4、馬氏體分級(jí)淬火

優(yōu)點(diǎn)：使過冷奧氏體在緩冷條件下轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而減少變形。

缺點(diǎn)：只適用于尺寸較小的零件，否則淬火介質(zhì)冷卻能力不足，溫度也難于控制。

5、馬氏體等溫度淬火優(yōu)點(diǎn)：下貝氏體的硬度略低于馬氏體，但綜合力學(xué)性能較好，應(yīng)用廣泛。

6、鋼的淬透性與淬硬性

（一）淬透性：決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性，即應(yīng)該是全淬成馬氏體的深度。

1.影響淬透性因素

（1）鋼的化學(xué)成分。除Co以外的合金元素溶于奧氏體后，均能增加過冷奧氏體穩(wěn)定性，降低馬氏體臨界冷卻速度，從而提高鋼的淬透性。

（2）奧氏體化條件。提高奧氏體的溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使奧氏體晶粒粗大，成分均勻，殘余滲碳體和碳化物的溶解徹底，使過冷奧氏體起穩(wěn)定，使C曲線越向右移，馬氏體臨界冷卻速度就越小，則鋼的淬透性越好。

2.淬透性表示方法。常用臨界直徑大小來定理的比較不同鋼種的淬透性大小。臨界直徑是指鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體（或50％馬氏體）組織的最大直徑。用Dc表示。在同一冷卻介質(zhì)中，鋼的臨界直徑越大，其淬透性越好；但同一鋼種在冷卻能力大的介質(zhì)中，比冷卻能力小的介質(zhì)中所得的臨界直徑要大些。

牌號(hào)臨界直徑/mm

淬水淬油

4513～16.55～9.5

20Cr12～196～12

3.淬透性的實(shí)用意義：

1）淬透——性能均勻一致

2）未淬透——韌性降低

（二）鋼的淬硬性：鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度的能力。

值得注意的：鋼的淬透性與淬硬性是兩個(gè)不同的概念。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高，而淬火后硬度低的鋼也可能是具有高的淬透性。

7、鋼的淬火缺陷及其防止措施

1.淬火工件的過熱和過燒

過熱：工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過高或時(shí)間過長(zhǎng)造成奧氏體晶粒粗大的缺陷。

由于過熱不僅在淬火后得到粗大馬氏體組織，而且易于引起淬火裂紋，因此，淬火過熱的工件強(qiáng)度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆性斷裂。輕微的過熱可用延長(zhǎng)回火時(shí)間補(bǔ)救。嚴(yán)重的過熱則需進(jìn)行一次細(xì)化晶粒退火，然后再重新淬火。

過燒：淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象。

過燒是嚴(yán)重的加熱缺陷，工件一旦過燒無法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。過燒的原因主要是設(shè)備失靈或操作不當(dāng)造成的。高速鋼淬火溫度高容易過燒，火焰爐加熱局部溫度過高也容易造成過燒。

2.淬火加熱時(shí)的氧化和脫碳

淬火加熱時(shí)，鋼件與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面光潔度降低，并嚴(yán)重影響淬火冷卻速度，進(jìn)而使淬火工件出現(xiàn)軟點(diǎn)或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。因此，淬火加熱時(shí)，在獲得均勻化奧氏體時(shí)，必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。在空氣介質(zhì)爐中加熱時(shí)，防止氧化和脫碳最簡(jiǎn)單的方法是在爐子升溫加熱時(shí)向爐內(nèi)加入無水分的木炭，以改變爐內(nèi)氣氛，減少氧化和脫碳。此外，采用鹽爐加熱、用鑄鐵屑覆蓋工件表面，或是在工件表面熱涂硼酸等方法都可有效地防止或減少工件的氧化和脫碳。

3.淬火時(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力

有兩種情況：①工作在加熱或冷卻時(shí)，引起的熱應(yīng)力。

②由于熱處理過程中各部位冷速的差異引起的相變應(yīng)力。

當(dāng)兩力相復(fù)合超過鋼的屈服強(qiáng)度時(shí)，工件就變形；當(dāng)復(fù)合力超過鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，工件就開裂。

解決辦法：①工件在加熱爐中安放時(shí)，要盡量保證受熱均勻，防止加熱時(shí)變形；

②對(duì)形狀復(fù)雜或?qū)嵝圆畹母吆辖痄摚瑧?yīng)緩慢加熱或多次預(yù)熱，以減少加熱中產(chǎn)生的熱應(yīng)力；

③選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)和淬火方法，以減少冷卻中熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。

但淬火不是最終熱處理，為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力，得到不同強(qiáng)度、硬度和韌性配合的性能，需要配以不同溫度的回火。鋼淬火后再經(jīng)回火，是為了使工件獲得良好的使用性能，以充發(fā)揮材料的潛力。所以淬火和回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。

第五節(jié)鋼的回火

1、定義：鋼件淬火后，再加熱到A1以下某一溫度，保持一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。

2、目的：

1）穩(wěn)定組織，消除淬火應(yīng)力

2）調(diào)整硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性

3、淬火鋼在回火時(shí)組織的轉(zhuǎn)變

1）馬氏體的分解（＞100℃）

2）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200～300℃）

3）碳化物的轉(zhuǎn)變（250～450℃）

4）滲碳體的聚集長(zhǎng)大和鐵素體再結(jié)晶（＞450℃）

4、鋼在回火時(shí)性能變化

1）回火方法：

（1）低溫回火（150～250℃），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性。硬度為58～64HRC，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動(dòng)軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。

（2）中溫回火（350～500℃），組織為回火屈氏體，對(duì)于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當(dāng)于回火的第三階段，此時(shí)碳化物開始聚集，基體開始回復(fù)，淬火應(yīng)力基本消除。硬度為35～50HRC，具有高的彈性極限，有良好的塑性和韌性，主用于彈性件及模具處理。

（3）高溫回火（500～650℃），組織為回火索氏體，硬度為220～330HBS。淬火和隨后的高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。因此，高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，用來制作汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件，如曲軸、連桿、螺栓、機(jī)床主軸及齒輪等重要的機(jī)器零件。鋼經(jīng)正火后和調(diào)質(zhì)后的硬度很相近，但重要的結(jié)構(gòu)件一般都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)而不采用正火。在抗拉強(qiáng)度大致相同情況下，經(jīng)調(diào)質(zhì)后的屈服點(diǎn)、塑性和韌性指標(biāo)均顯著超過正火，尤其塑性和韌性更為突出。

2）回火時(shí)間：一般為1～3h

3）回火冷卻：一般空冷。一些重要的機(jī)器和工模具，為了防止重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形、開裂，通常都采用緩慢的冷卻方式。對(duì)于有高溫回火脆性的鋼件，回火后應(yīng)進(jìn)行油冷或水冷，以抑制回火脆性。

5、回火脆性

第一類回火脆性：300℃左右，無法消除，低溫回火脆性。產(chǎn)生這類回火脆性的原因，一般認(rèn)為在此回火溫度范圍內(nèi)碳化物以斷續(xù)的薄片沿馬氏體片或馬氏體條的界面析出，這樣硬而脆的薄片與馬氏體間結(jié)合較弱，降低了馬氏體晶界處強(qiáng)度，因而使沖擊韌性降低。

第二類回火脆性：400～500℃，，高溫回火脆性。產(chǎn)生這類原因是由于經(jīng)高溫回火后緩冷通過脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的脆性。辦法：快冷；提高鋼的純潔度，減少有害元素的含量等。