表面改性的离子束技术.pptx

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1、xxx表面改性的离子束技术0离子注入式在加速器中以几万到几十万伏电压作用，加速一种或几种元素的离子束流，将所需元素注入放在真空靶室的固体材料中，使零点几微米表层中添加注入的元素含量，称为离子注入。离子注入的同时将造成辐射损伤以及原子环境和电子组态的扰动，而导致材料物理性能、化学性能或力学性能变化，因而这种表面强化技术也称为冲击硬化。目录离子束技术的发展离子注入的基本原理离子注入工艺与方法离子束技术的优点及其局限性离子束技术固体作用的基本物理过程离子注入技术展望离子注入技术应用离子注入技术的新进展离子束技术的发展01离子束技术的发展离子注入的基本原理离子注入工艺与方法离子束技术的优点及其局

2、限性离子束技术固体作用的基本物理过程离子注入技术展望离子注入技术应用离子注入技术的新进展1193019501970199020102030近20年，对于离子注入的物理理论、离子注入装置以及离子注入应用等方面的研究，都取得了很大的发展。30年代，离子束技术被作为一种辐照的手段，用来模拟核反应堆材料中的辐射损伤。随后，离子束技术被作为掺杂手段来改变固体表面层的性质。60年代初，离子注入的核粒子探测器的研制成功，奠定了离子注入在半导体、金属、磁性材料、绝缘体和超导材料中应用的基础。近10年来，离子注入在金属和半导体材料的研究和应用发展迅速，并且已扩展到绝缘材料和聚合物方面。自60年代以来，英国

3、就把离子注入材料改性的研究列为国家重点科研项目。1983年美国国防部就组织各研究部门和高校利用离子束技术改善武器装备关键部件。离子束是三束（离子束、电子束、激光束）工艺中对材料表面改性最具有应用价值的一种。美国和英国的此项工艺进展最快。INDEX02离子束技术的优点及其局限性离子束技术的发展离子注入的基本原理离子注入工艺与方法离子束技术的优点及其局限性离子束技术固体作用的基本物理过程离子注入技术展望离子注入技术应用离子注入技术的新进展2离子束与传统冶金法相比具有以下优点：（1）离子注入是一个非热平衡过程，注入离子靠高的能量撞进金属晶格内，因而不受热力学平衡控制。因此，原则上任何元素都可以

4、注入任何集体材料中。（2）离子注入可以在常温或低温真空条件下进行，加工后的表面无形变，无氧化，能保持原有尺寸精度和表面粗糙度，特别适合于高精密部件的最后工序。（3）注入元素的种类、能量、剂量均可选择和控制，用这种方法形成的表面合金，由于不受扩散和溶解度的经典热力学参数的限制，可得到用其他方法难以获得的新合金相。（4）离子注入层相对基体材料没有明显的界面，因此注入层不存在粘附破裂或剥落问题，与基体结合牢固。（5）注入离子的浓度和深度的分布可以通过注入剂量、注入能量及束流密度来精确控制。（6）离子注入可有选择地改变基体材料的表面能量（湿润性），在工件表面层形成压应力，来减少表面裂纹。离子注入

5、技术与等离子喷涂、化学和物理气相沉积、电子束和激光束热处理等表面处理工艺相比，具有如下优点：（1）注入的元素可以任意选取，被注基材不受限制。根据工艺要求可取各种金属和气体作为工作物质，各种金属和非金属都可作为添加元素。（2）不受传统合金化规则等物理冶金因素的约束，无需改变材料的整体特性，就可有选择地改变材料的表面特性。（3）可以忽略横向扩散，特别适合于尺寸很大但只需局部改性的工件。（4）注入或添加到基体中的原子不受基体固溶度的限制，不受扩散系数和化合结合力的影响。（5）强流氮和强流金属离子束的束流强度可达5~50mA，提高了注入效率，适用于工业应用。（6）离子注入不改变工件尺寸，不改变原

6、有的外廓尺寸精度和表面粗糙度特别适合于精密机械零件的表面处理，如应用在航空、航天等工业。（7）离子束增强沉积可获得厚度大于1μm的改性层或超硬层，适于恶劣条件下的应用，如在石油化工领域。（8）离子束混合、离子束辅助沉积和等离子体源离子注入等工艺的发展，可大大缩短注入时间和增加注入深度，并能解决离子注入的视线加工问题。离子束注入的局限性：（1）离子注入不能用来处理具有复杂凹腔表面的零件。（2）注入层太薄，使应用范围受到了限制。对于大的工件注入机必须具有大的靶室和强束流。因此设备昂贵，成本较高。INDEX03离子束技术固体作用的基本物理过程离子束技术的发展离子注入的基本原理离子注入工艺与方法

7、离子束技术的优点及其局限性离子束技术固体作用的基本物理过程离子注入技术展望离子注入技术应用离子注入技术的新进展3离子束注入是利用离子源引出单纯的离子束，与离子镀和溅射镀膜相比，不仅利用离子的方式不同，所用的离子能量也有很大差别，但离子与固体材料相互作用的基本物理过程是相同的。对于离子注入的基本物理过程的描述包括三个方面：1.注入离子在注入层的能量淀积分布和损伤分布；2.离子碰撞和反冲核的行为；3.注入离子在靶内的射程分布；离子与固体