现代表面工程专业技术

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1、现代表面工程与技术ModernSurfaceEngineeringandTechnology什么是表面工程？表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。第一章表面技术概论表面技术是直接与各种表面现象或过程相关的，能为人类造福或被人们利用的技术----宽广的技术领域。一、使用表面技术的目的1、提高材料抵御环境作用能力。2、赋予材料表面功能特性。3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。途径：表面涂覆：各种涂层技术（电镀、化学镀、热

2、渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。二、表面技术的分类1、按作用原理(1)原子沉积电镀、化学镀、物理、化学气相沉积(2)颗粒沉积热喷涂、搪瓷涂敷(3)整体覆盖包箔、贴片(4)表面改性2、按使用方法(1)电化学法电镀、电化学氧化（阳极氧化）(2)化学法化学转化膜、化学镀(3)真空法物理、化学气相沉积、离子注入(4)热加工法热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊(5)其它方法涂装、机械镀、激光表面处理三、表面技术的应用1、广泛性和重

3、要性(1)广泛性Ø内容广Ø基材广Ø种类多遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大(2)重要性•改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤•提高产品长期运行可靠性、稳定性•满足特殊要求（必不可少或唯一途径）•生产各种新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究和生产的基础）1、在结构材料及构件和零部件上的应用表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰2、在功能材料和元器件上的应用制造装备中具独特功能的核心部

4、件。表面技术可制备或改进一系列功能材料及元器件物理特性：•光学反射镜材料，防眩零件•热学散热材料，耐热涂层，吸热材料•电学表面导电玻璃，绝缘涂层•磁学磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料化学特性：分离膜材料3、在人类适应、保护和优化环境方面的应用(1)净化大气原料、燃料→CO2、NO2、SO2措施：回收、分解方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭）(2)净化水质制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化(3)抗菌灭菌TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解•当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被吸收

5、和产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。•光子波长h-普朗克常数，4.138×10-15eV·s；c-真空中光速，2.998×1017nm/s锐钛型TiO2的Eg=3.2eV•在TiO2粒子表面上，有还原作用；产生氧化作用。在界面处的还原作用：继续发生反应：在界面处的氧化作用：是强还原剂，可还原重金属离子：（还原重金属离子为低价或零价）是强氧化剂，可氧化降解有机物：TiO2光催化材料的特性：Ø光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化性强）Ø化学性质稳定,对生

6、物无毒Ø在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜光催化剂的纳米尺寸效应：•量子效应当半导体粒径是纳米尺寸时，导带和价带间的能隙变宽，光生空穴和电子的能量增加，氧化还原能力增强•表面积效应随着粒子尺寸减小到纳米级，光催化剂的比表面积大大增加，对底物的吸附能力增强•载流子扩散效应粒径越小，光生电子从晶体内扩散到表面的时间越短，电子和空穴的复合几率减小，光催化效率提高纳米TiO2光催化剂的制备：纳米TiO2光催化剂的应用：u环保方面的应用•有机污染物的处理•无机污染物的处理•室内环境净化u卫生保健方面的应用•灭杀细菌和病毒活

7、性超氧离子自由基和羟基自由基HO•能穿透细菌的细胞壁，进入菌体，从而有效杀灭细菌。研究的范围包括TiO2光催化对细菌、病毒、真菌、藻类和癌细胞等的作用。•抗菌材料涂有TiO2纳米膜的抗菌瓷砖和卫生陶瓷用于医院、食品加工等场所含纳米TiO2材料的假牙新型的含纳米TiO2粉末的牙齿漂白剂u防结雾和自清洁涂层u光催化化学合成纳米TiO2光催化技术的不足：•光致电子和空穴对的转移速度慢，复合率高，导致光催化量子效率低•只能用紫外光活化，太阳光利用率低提高TiO2光催化性能的主要途径：Ø贵金属沉积Ø离子掺杂今后研究重点：•对纳米T

8、iO2催化剂进行修饰，研制复合纳米TiO2催化剂，提高催化活性•加强采用自然光源和光催化剂固定技术的研究•设计新型光催化反应器，提高光催化效率(1)生物医学•医用涂层：•方法：气相沉积、等离子喷涂•例：金属上涂生物陶瓷---人造骨、人造牙(2)优化环境调光、调温的“智慧窗”方法：涂覆、镀膜1、在研究和生产新型材料中的