第7章 金属的保护方法
第7章--金属和半导体接触-3-4
肖特基二极管与pn结二极管I-V特性
7.3 少子注入和欧姆接触
考虑M/S接触的少子
n型半导体的势垒和阻挡层都是对电子而言，对于其
中的空穴，由于电荷相反，电子的匮乏层(阻挡层)就
是空穴的积累层。势垒区域，表面的空穴浓度最大
表面空穴浓度可表示为
导体隧穿到金属或相反。
在 ≈ Å条件下，不考虑外加电压，
≈
≈ . × − (以Si为例)
这一掺杂浓度在实际工艺中很容易实现，在集成电路中
普遍采用
反阻挡型的欧姆接触
形成欧姆接触的方法
选择合适功函数的半导体和金属，使得电流流经M/S接
成，而肖特基势垒二极管的正向电流由半导体的多数载
流子发生漂移运动直接进入金属形成，因此后者比前者
具有更好的高频特性
肖特基势垒二极管的势垒区只存在于半导体一侧
肖特基势垒二极管具有较低的导通电压，一般为0.3V，
pn结一般为0.7V
肖特基二极管的反向饱和电流与肖特基势垒参数与温度
有关；而pn结的反向饱和电流与少子浓度及少子寿命有
势及空间电荷区厚度，但不
影响势垒高度。
肖特基二极管理论
1938年，W.Schottky提出了关于整流二极管的理论，
称为肖特基理论。肖特基势垒的电流受到从半导体空间
电荷层边缘向金属输运的载流子支配。
当电子来到势垒顶上向金属发射时，它们的能量比金属
中的电子的能量高出约b 。进入金属之后，它们在金
′
→ =
)exp
金属材料学第7-11章课后习题答案
金属材料学习题与思考题第七章铸铁1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？（1）白口铸铁：含碳量约2.5%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。
故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。
因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。
大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料（2）灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。
断口呈灰色。
它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。
（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。
我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。
钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）②优质钢（P、S均≤0.035%）③高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤0.25%）.中碳钢（C≤0.25~0.60%）.高碳钢（C≤0.60%）。
②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的铸铁易出现白口？（1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素，顺序为：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。
其中，Nb为中性元素，向左促进程度加强，向右阻碍程度加强。
C和Si是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，引入碳当量CE = C% + 1/3Si%，一般CE≈4%，接近共晶点。
第7章 金属化
传统上认为，在芯片上淀积金属薄膜的过程是物理过程，另一方面 淀积绝缘和半导体层的过程涉及CVD化学反应过程。随着新的IC金 属化技术引入，这种物理和化学过程的分界线变得越来越模糊。 1
7.1 引言
芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片上淀积导 电金属薄膜的过程。这一过程与介质的淀积紧密相连， 金属线在IC电路中传导信号，介质层则保证信号不受邻 近金属线的影响。金属和介质都是薄膜处理工艺，在某 些情况下金属和介质是由同种设备淀积的。
8
7.2 金属类型
但用铝作为金属化材料存在下述问题。 (a)电迁移现象：金属化铝是一种多晶结构，有电流通过时， 铝原子受到运动的导电电子作用，沿晶粒边界向高电位端迁 移，结果金属化层高电位处出现金属原子堆积，形成小丘、 晶须，导致相邻金属走线间短路。低电位处出现金属原子的 短缺而形成空洞导致开路。 (b)铝硅互溶问题：硅在铝中有一定的固溶度，随着接触孔 处硅向铝中溶解，在硅中形成深腐蚀抗。铝也向硅内部渗透， 某些位置渗透较深。当渗入硅中的铝到达结面时引起PN结漏 电增加甚至短路。对浅PN结，此问题比较严重。 因此在大规模集成电路中要采用其他金属化材料。
由于需要减小信号的传播延迟，对于未来集成电路的性能来说微芯 片的互连技术已经成为关键的挑战。由于超大规模集成电路组件的 密度增加，互连电阻和寄生电容也会随之增加，因此降低了信号的 传播速度。
在芯片制造技术中，目前刚刚起步的明显变化是减小金属互连的电 阻率ρ，这种减小通过用铜取代铝作为基本的导电金属而实现。对深 亚微米的线宽，需要低k层间介质（ILD）。电容导致信号延迟，降 低介电常数将减少寄生电容。
金属的电化学保护法
金属的电化学保护法
金属的电化学保护法主要有两种：阳极保护法和阴极保护法。
阳极保护法是通过提高可钝化金属的电位使其进入钝态而达到保护目的的。
这种技术主要适用于具有活化-钝化转变的腐蚀体系，例如浓硫酸贮罐、氨水贮槽等。
阳极保护系统类似于外加电流阴极保护系统，只是极化电流的方向相反。
阴极保护法则是通过降低金属电位而达到保护目的的。
阴极保护有两种方法，一种是外加电流法，由外部直流电源提供保护电流，电源的负极连接保护对象，正极连接辅助阳极，通过电解质环境构成电流回路。
另一种是牺牲阳极法，依靠电位负于保护对象的金属（牺牲阳极）自身消耗来提供保护电流，保护对象直接与牺牲阳极连接，在电解质环境中构成保护电流回路。
这种方法常用于保护海轮外壳、海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备（如贮油罐）以及石油管路的腐蚀。
在实际应用中，应根据金属的种类、腐蚀环境和使用条件等因素选择合适的电化学保护法。
第七章金属磨损和接触疲劳
第七章金属磨损和接触疲劳机器运转时，相互接触的机器零件总要相互运动，产生滑动、滚动、滚动＋滑动，都会产生摩擦，引起磨损。
如:轴与轴承、活塞环与气缸、十字头与滑块、齿轮与齿轮之间经常因磨损和接触疲劳，造成尺寸变化，表层剥落，造成失效。
有摩擦必将产生磨损，磨损是摩擦的必然结果。
磨损是降低机器和工具效率、精确度甚至使其报废的重要原因，也是造成金属材料损耗和能源消耗的重要原因。
据不完全统计，摩擦磨损消耗能源的1/3～1/2，大约80％的机件失效是磨损引起的。
汽车传动件的磨损和接触疲劳是汽车报废的最主要原因，所以，耐磨成了汽车档次的一个重要指标。
因此，研究磨损规律，提高机件耐磨性，对节约能源，减少材料消耗，延长机件寿命具有重要意义。
第一节磨损概念一、摩擦与磨损现象1、摩擦两个相互接触的物体作相对运动或有相对运动趋势时，接触表面之间就会出现一种阻碍运动或运动趋势的力，这种现象成为摩擦。
这种作用在物体上并与物体运动方向相反的阻力称为摩擦力。
最早根据干摩擦的试验，得到摩擦力F正比于两物体之间的正压力（法线方向）N的经典摩擦定律，即F=μN，式中μ称为摩擦系数。
后来发现这个定律只对低速度、低载荷的干摩擦情况是正确的，然而在许多场合下还是被广泛应用。
摩擦力来源于两个方面：①由于微观表面凸凹不平，实际接触面积极少(大致可在1/10000～1/10的范围内变化)，这部分的接触应力很大，造成塑性变形而引起表面膜（润滑油膜和氧化膜等）的破裂，促使两种金属原子结合（冷焊）；②由于微观表面凸凹不平，导致一部分阻止另一部分运动。
要使物体继续移动，就必须克服这两部分阻力。
用来克服摩擦力所做的功一般都是无用功，在机械运动中常以热的形式散发出去，使机械效率降低。
减小摩擦偶件的摩擦系数，可以降低摩擦力，即可以保证机械效率，又可以减少机件磨损。
而要求增加摩擦力的情况也很多，在某些情况下却要求尽可能增大摩擦力，如车辆的制动器、摩擦离合器等。
金属的保护方法高中
金属的保护方法高中
金属的防护
（1）阴极保护也就是在介质中插入对电极（阳极），将被保护的金属作为阴极，通过外电路提供电源的方式，通过电源给被保护的金属提供电子，对金属进行保护。
这里的关键之处在于：如何使用阳极材料。
因为阳极材料在电化学反应中工作电位高，常规材料难以承受。
（2）牺牲阳极技术在这种技术中，直接将更活泼的金属插入到跟金属工作的同一腐蚀介质中，然后用导线将两种金属相连，这样可以实现电子从更活泼的金属一侧转移到被保护的金属一侧。
导致更活泼的金属的腐蚀加剧，而削减了另一个金属的腐蚀。
（3）阳极保护技术阳极保护法的基本原理也可以从电位-pH图中加以介绍。
在电位-pH中，我们知道只要将电极电位和pH值调整到图中的右上角区域，那么金属铁的稳定的腐蚀产物（三氧化二铁）就可以牢牢粘附在电极的表面，进而实现对金属的保护作用。
金属材料工程专业方向及课程介绍
特种铸造——刘振亭
第一章 熔模铸造 第二章 金属型铸造 第三章 压力铸造 第四章 离心铸造 第五章 其它特种铸造方法
➢§5-1陶瓷型铸造 ➢§5-2低压铸造 ➢§5-3液体金属冲压 ➢§5-4连续铸造 ➢§5-5真空吸铸
焊接工艺学——王喜锋
第1章 焊接电弧 第2章 焊丝的熔化和熔滴过渡 第3章 母材的熔化和焊缝成形 第4章 电弧焊自动控制基础 第5章 埋弧焊 第6章 钨极情性气体保护焊（TIG） 第7章 熔化极氩弧焊（MIG、MAG） 第8章 CO2气体保护电弧焊 第9章 等离子弧焊接与喷涂 第10章 电渣焊 第11章 高能束流焊
复合材料——张文兴
第1章：总论 第2章：复合材料增强体 第3章：聚合物基复合材料 第4章：金属基复合材料 5 陶瓷基复合材料 6 水泥基复合材料 7 碳／碳复合材料
陶瓷工艺学——刘秀兰
第一篇 第一章 第二章 第三章 第二篇 第一章 第二章 第三章 第三篇 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
特种陶瓷生产工艺原理 特种陶瓷粉体的物理性能及其制备 特种陶瓷成型方法 特种陶瓷的烧结 高温结构陶瓷 氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷 复合材料 功能陶瓷 电介质陶瓷 铁电陶瓷 敏感陶瓷 导电陶瓷 超导陶瓷 磁性陶瓷 陶瓷的金属化与封接
粉末冶金——罗铁钢
第一章 粉末的制取 第二章 粉末性能及其测定 第三章 成形 第四章 特殊成形 第五章 烧结 第六章 粉末锻造 第七章 粉末材料的孔隙性能与复合的材料的强韧化
热处理工艺——上官晓峰
第一章 金属的加热 第二章 退火和正火 第三章 钢的淬火及回火 第四章 钢的表面淬火 第五章 金属的化学热处理 第六章 热处理工艺设计
近代表面工程技术——夏峰
第一章 绪论 第二章 固体表面的物理化学特征 第三章 表面摩擦与磨损 第四章 表面腐蚀基本理论 第五章 电镀和化学镀 第六章 化学转化膜 第七章 表面涂敷技术 第八章 表面改性技术 第九章 气相沉积技术 第十章 表面微细加工技术 第十一章 表面复合处理技术 第十二章 表面分析测试技术
材料腐蚀与防护-高温热腐蚀(7)
主要涉及的方面： (1)在化学工业中存在的高温过程. 如:生产氨水和石油化工等领域产生的氧化。 (2)在金属生产和加工过程中. 如:在热处理中碳氮共渗和盐浴处理易于产生增 碳、氮化损伤和熔融盐腐蚀。 (3)含有燃烧的各个过程. 如:柴油发动机、燃气轮机、焚烧炉等所产生的 复杂气氛高温氧化高温高压水蒸气氧化及熔融碱盐腐蚀。 (4)核反应堆运行过程中． (5)在航空航天领域。 如：宇宙飞船返回大气层过程中的高温氧化和高 温硫化腐蚀，以及航空发动机叶片受到的高温氧化和高温硫 化腐蚀。
例如：铜、镍等
3.立方规律 特点：低温氧化，薄的氧化膜 。
表示方式：
有人认为这可能与通过氧化物空间电荷区的金属离子的 输送过程有关。
例如： Cu（100-300℃）、镍（400 ℃ ）等
4.对数与反对数规律 特点：许多金属在温度低于300-400℃氧化时，其 反应一开始很快．但随后就降到其氧化速度可以 忽略的程度。在氧化膜相当薄时才适用。 表示方式：
• 氧化速度参数的表征：
1）金属的消耗量 2）氧的消耗量 3）生成的氧化物量
重量法和容量法测定氧化动力学的典型试验装置
5.2
恒温氧化动力学规律
测定氧化过程的恒温氧化动力学曲线
影响氧化动力学规律的因素： *氧化温度；
*氧化时间；
*氧的压力；
*金属表面状况以及预处理条件(它决定了合
金的组织)。
• 同一金属在不同条件下，或同一条件下不同金属的氧化规 律往往是不同的。 • 金属氧化的动力学曲线大体上可分为： 直线、抛物线、立方、对数及反对数规律五类，如图所示：
3.2 氧化膜的生长方式：
在氧化膜的生长过程中，反应物质传输的形式有三种： a）.金属离子单向向外扩散，在氧化膜-气体界面上 进行反应，如铜的氧化过程； b）氧单向向内扩散，在金属-氧化膜界面上进行反应， 如钛的氧化过程；
第七章金属热处理原理复习题（已做完）
第七章⾦属热处理原理复习题（已做完）第七章《⾦属热处理原理》部分复习题⼀、名词解释：1.实际晶粒度：某⼀具体热处理或热加⼯条件下的奥⽒体的晶粒度叫实际晶粒度2.马⽒体、贝⽒体（上贝⽒体和下贝⽒体）：过冷奥⽒体的等温转变中温转变时渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物称为贝⽒体，上贝⽒体(B上)：550℃～350℃，呈⽻⽑状，⼩⽚状的渗碳体分布在成排的铁素体⽚之间，下贝⽒体(B 下)：350℃～Ms：在光学显微镜下为⿊⾊针状，在电⼦显微镜下可看到在铁素体针内沿⼀定⽅向分布着细⼩的碳化物(Fe2.4C)颗粒。
贝⽒体：过冷奥⽒体的连续冷却转变时碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体。
⼆、填空题：1．钢加热时奥⽒体形成是由奥⽒体形核；晶核的长⼤；未溶碳化物（Fe3C）溶解；奥⽒体成分均匀化等四个基本过程所组成。
2．在过冷奥⽒体等温转变产物中，珠光体与屈⽒体的主要相同点是都是它们都是珠光体类型的组织，不同点是层间距不同，且珠光体层间距较⼤，屈似体层间距最⼩。
3．⽤光学显微镜观察，上贝⽒体的组织特征呈⽻⽑状状，⽽下贝⽒体则呈⿊⾊针状。
4．与共析钢相⽐，⾮共析钢C曲线的特征是多⼀条过冷A→F或(Fe3CⅡ)的转变开始线，亚共析钢左上部多⼀条过冷A转变为铁素体（F）的转变开始线，过共析钢多⼀条过冷A中析出⼆次渗碳体(Fe3CII) 开始线。
5．马⽒体的显微组织形态主要有板条状、针状两种。
其中板条状马⽒体的韧性较好。
6．⾼碳淬⽕马⽒体和回⽕马⽒体在形成条件上的区别是前者是在淬⽕中形成，后者在低温回⽕时形成，在⾦相显微镜下观察⼆者的区别是前者为⽵叶形，后者为⿊⾊针装。
7．⽬前较普遍采⽤的测定钢的淬透性的⽅法是“末端淬⽕法”即端淬试验。
三、判断题：1．所谓本质细晶粒钢就是⼀种在任何加热条件下晶粒均不发⽣粗化的钢。
（×）2．当把亚共析钢加热到A c1和A c3之间的温度时，将获得由铁素体和奥⽒体构成的两相组织，在平衡条件下，其中奥⽒体的碳含量总是⼤于钢的碳含量。
腐蚀学原理--第七章-应力作用下的腐蚀分析
实例：中国版本的“黑Байду номын сангаас坠落”
7.1.3 防止应力腐蚀断裂的措施
1．降低或消除应力 (1) 改进结构设计，避免或减少局部应力集中。对应力腐蚀事故分析表明，由残余应力引起的比例最大，因此在加工、制造、装配中应尽量避免产生较大的残余应力。结构设计应尽量避免缝隙和可能造成腐蚀液残留的死角，防止有害物质(如Cl-、OH-)的浓缩。 (2) 消除应力处理：减少残余应力可采取热处理退火、过变形法、喷丸处理等方法。其中消除应力退火是减少残余应力的最重要手段，特别是对焊接件，退火处理尤为重要。 (3) 按照断裂力学进行结构设计：由于构件中不可避免地存在着宏观或微观裂纹和缺陷，因此用断裂力学进行设计比用传统力学方法具有更高的可靠性。在腐蚀环境下，预先确定材料的KISCC、da／dt等参数，根据使用条件确定构件允许的临界裂纹尺寸ac，具有重要的实际意义。
氢的存在形式
氢可以H-、H、H+、H2、金属氢化物、固溶体、碳氢化合物等形式存在于金属中，也可与位错结合形成气团(⊥H)而存在。当氢与碱金属(如Li、Na、K)或碱土金属作用时，可形成氢化物(如NaH)。在这类化合物中Na+和H-以离子键方式结合在一起，氢以H-形式存在。另一种观点认为，过渡族金属的d带没有填满，当氢原子进入金属后，分解为质子和电子，即H → H++e。氢的1s电子进入金属的d带，氢以质子状态存在于金属中。当金属d带填满后，多余的氢将以原子状态存在。也有观点认为，氢原子具有很小的原子半径(0.053nm)，能处于点阵的间隙位置，如α—Fe的四面体间隙和γ—Fe的八面体间隙。最近，有的研究者又提出电子屏蔽概念。认为氢以原子态“H+e”存在于金属中，或者说氢以“屏蔽的离子”即穿有“电子外衣”的离子状态存在于金属中。 氢溶解在金属中可形成固溶体，氢在金属中的溶解度与温度和压力有关。氢在金属中如果超过固溶度，可形成分子氢(H2)、金属氢化物、氢原子气团三类化合物。
金属防护_模板参考
2.在金属表 面覆盖保护 层
在金属表面覆盖保护 层：喷油漆，涂油纸 ，表面钝化、电镀等
给金属穿-防弹衣
• 金属防护
• 金属防护
通过化学反应在铁制 品表面生成一层致密 的氧化物薄膜，如， 烤蓝
所谓烤蓝是钢铁零件 表面处理的一种防腐 蚀工艺，其原理就是 在钢铁表面生成一定 厚度或强度的致密的 氧化层，成分主要是 ，四氧化三铁
通电后强制电子流向被保护的钢 铁设施，使钢铁表面的腐蚀电流 降至零或接近等于零。在这个系 统中，钢铁设备被迫成为阴极而 受到保护
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1 金属防护 2 1.改变金属材料的组成 3 2.在金属表面覆盖保护层 4 3.电化学保护法
• 金属防护
金属防护
1.目的：防止金属被氧化 2.依据：依据金属腐蚀的化学反应原理和腐蚀类型来确定金属防护的方法
• 金属防护
引入
• 金属防护
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属制成性能优 异的合金 例如：在钢铁中加入一定比例的铬和镍，改 变钢铁内部的组成和结构，可以极大程度的 提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的"不锈 钢"合金
• 金属防护
3.电化学保护法
金属在发生电化学腐 蚀时，总是作为原电 池负极(阳极)的金属 被腐蚀。作为正极( 阴极)的金属不被腐 蚀。如果能使被保护 的金属成为阴极，那 么该金属就不易被腐 蚀
• 金属防护
• 金属防护
一，牺牲阳极的阴极保护法 形成原电池反应时， 让被保护的金属做正 极，不反应，起到保 护作用。而活泼金属 做负极，参加反应腐 蚀，这种保护方法牺 牲了阳极(原电池负 极)，保护了阴极(原 电池的正极)
第7章 金属化
7.1 引言
芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片上淀 积导电金属薄膜的过程。这一过程与介质的淀积紧密相 连，金属线在IC电路中传导信号，介质层则保证信号不 受邻近金属线的影响。金属和介质都是薄膜处理工艺， 在某些情况下金属和介质是由同种设备淀积的。 金属化对不同金属连接有专门的术语名称。互连意 指由导电材料，如铝、多晶硅或铜制成的连线将电信号 传输到芯片的不同部分。互连也被用做芯片上器件和整 个封装之间普通的金属连接。接触是指硅芯片内的器件 与第一金属层之间在硅表面的连接。通孔是穿过各种介 质层从某一金属层到毗邻的另一金属层形成电通路的开 口。“填充薄膜”是指用金属薄膜填充通孔，以便在两 金属层之间形成电连接。这些连接在下图中阐明。
7
7.2 金属类型
2．常用的金属化材料 (1)铝 与硅以及二氧化硅相同，铝是用于硅片制造中最主要的材料之一。 在制造硅片时，铝以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。同时，铝是淀 积在硅片上的最厚的薄膜之一，第一层金属厚约5000Å。在硅片上，上 层非关键层（例如，具有焊接区的金属层）其厚度能达到 20000Å。 铝在20℃时具有2.65uΩ-cm的低电阻率，但比铜、金、银的电阻铝 稍高。然而铜和银都比较容易腐蚀，而且在氧化膜上附着不好。金在硅 片制造的初期有时被应用，但由于与硅的高接触电阻使得它需要有一层 铂作为过渡层。另一方面，铝能够很容易和氧化硅反应，加热形成氧化 铝（Al3O3），这促进了氧化硅和铝之间的附着。铝能够轻易淀积在硅片 上，可用湿法刻蚀而不影响下层薄膜。基于这些原因，铝作为首选的金 属应用与金属化。 综上所述，在硅IC制造业中，铝和它的主要过程是兼容的，并且成 本相对低廉，从IC制造的早期开始就选择它作为金属化的材料。然而， 由于硅片上电路集成度的增加，金属布线层数的增加，线宽划分得越来 越细，金属化工艺已经从简单的单层发展到多层金属布线。由于铜具有 更低的电阻率，因此它有望取代铝成为主要的互连金属材料。
第七章 金属材料参考答案.doc
第七章金属材料习题参考答案出卷老师：李棱雪一、填空题1低碳钢受拉直至破坏，经历了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段4个阶段。
2对冷加工后的钢筋进行时效处理，可用自然时效和人工时效两种方法。
3按标准规定,碳素结构钢分四种牌号,即Q195、Q215 、Q235 、和Q275 。
各牌号又按其硫和磷含量由多至少分四种质量等级。
4Q235—AZ是表示屈服点为235MPa的A级镇静碳素结构钢。
516Mn钢表示___________ o6一般情况下在动荷载状态、焊接结构或严寒低温下使用的结构，往往限制使用沸腾钢。
7按冶炼时脱氧程度分类钢可以分成：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。
8随着钢材中含碳量的增加，则硬度提高、舉性降低、焊接性能变差9 碳素钢按含碳量多少分为高碳钢、中碳钢、和低碳钢。
建筑上多采用低碳钢。
二、判断题1在结构设计时，抗拉强度是确定钢材强度取值的依据。
（X）2由于合金元素的加入，钢材强度提高，但塑性却大幅下降。
（X）3钢材的品种相同时，其伸长率6 10> 65O（X）4硬钢无明显屈服点，因此无法确定其屈服强度大小。
（X）5钢材的屈强比越大，表示使用时的安全度越低。
（M）6 某厂生产钢筋混凝土梁，配筋需用冷拉钢筋，但现有冷拉钢筋不够长，因此将此钢筋对接焊接加长使用。
（X）（冷拉钢筋不适宜焊接，冷拉后可焊性变差）7所有钢材都会出现屈服现象。
（X）8钢材的牌号越大，其强度越高，塑性越好。
（X）9钢材冶炼时常把硫、磷加入作为脱氧剂。
（X）10与伸长率一样，冷弯性能也可以表明钢材的塑性大小。
（M）11钢含磷较多时呈热脆性，含硫较多时呈冷脆性。
（X）三、单项选择题1.建筑钢材是在严格的技术控制下生产的材料，下面哪一条不属于它的优点？—B—oA.品质均匀、强度高B.防火性能好C.可以焊接或钏接D.有一定的塑性和韧性，具有承受冲击荷载和振动荷载的能力2.钢筋冷加工的目的是—A—。
A.提咼材料的抗拉强度B.提咼材料的塑性C.改善材料的弹性性能D.改善材料的焊接性能3.钢是指含碳量小于2%的铁碳合金，而含碳量大于2%时，则称为—B—。
初中化学金属保护措施教案
初中化学金属保护措施教案
一、教学目标：
1. 了解金属的腐蚀原因及危害；
2. 掌握金属保护的基本方法；
3. 能够运用所学知识进行金属保护实践。
二、教学重点和难点：
重点：金属腐蚀原因及保护方法；
难点：学生如何灵活运用保护方法解决实际问题。
三、教学内容及过程安排：
1. 金属腐蚀的原因及危害（10分钟）：
通过介绍金属腐蚀的定义、原因及危害，让学生了解金属腐蚀的危害性和重要性。
2. 金属保护的基本方法（20分钟）：
（1）物理方法：如涂层、包覆、阴极保护等；
（2）化学方法：如缓蚀剂、金属合金等；
（3）电化学方法：如阳极保护、阳极制动等。
3. 实验操作演示（30分钟）：
让学生进行实验操作，如用防锈剂保护铁制品、电镀铁制品等。
4. 应用练习（20分钟）：
让学生进行小组讨论，解决一些金属腐蚀及保护的实际问题。
五、教学评价：
通过学生的练习及表现，评价学生对金属保护措施的理解和应用能力。
六、教学反思：
在教学中要引导学生注重实践操作，培养学生的动手能力和解决问题的能力。
同时要注重培养学生的创新思维，帮助他们理解金属保护在日常生活中的重要性。
初中化学下册金属保护教案
初中化学下册金属保护教案
教学目标：
1. 了解金属腐蚀的原因和危害；
2. 掌握金属保护的方法和原理；
3. 能够正确使用金属保护的知识保护自己的物品。
教学重点和难点：
重点：金属腐蚀的原因和危害，金属保护的方法和原理；
难点：金属保护的具体实践操作。
教学准备：
1. 制作PPT课件；
2. 准备实验室用品。
教学过程：
一、导入（5分钟）
1. 让学生观察周围的金属物品，引导他们思考金属腐蚀对我们日常生活的影响；
2. 简要介绍金属保护的重要性。
二、讲解金属腐蚀的原因和危害（15分钟）
1. 通过PPT介绍金属腐蚀的原因，如氧化、电化学腐蚀等；
2. 讲解金属腐蚀对环境和人体的危害。
三、介绍金属保护的方法和原理（15分钟）
1. 介绍金属保护的方法，如化学保护、涂层保护、电化学保护等；
2. 解释不同方法的原理。
四、实验操作（20分钟）
1. 展示几种金属保护方法的实验，让学生观察实验过程和结果；
2. 让学生实验操作，体会不同方法的效果。
五、总结（5分钟）
1. 总结金属腐蚀的原因和危害；
2. 强调金属保护的重要性。
六、布置作业（5分钟）
让学生整理并总结今天所学知识，并写一份关于金属保护方法和原理的小结。
教学反思：
1. 通过实验操作，让学生能够更好地理解和掌握金属保护的方法和原理；
2. 强调金属保护的实际应用，培养学生的实践能力和保护意识。
第7章 金属化
7.3.1 蒸发
在半导体制造的早期，所有金属层都是通过蒸发PVD方法淀积的。为 了获得更好的台阶覆盖、间隙填充和溅射速率，从20世纪70年代的后期开 始，在大多数硅片制造技术领域溅射已经取代蒸发。然而回顾蒸发以理解 它的运行机制和硅工业转到溅射的原因是很有益的。 蒸发由将待蒸发的材料放臵进坩锅、在真空系统中加热并使之蒸发这 些过程组成（见下图）。最典型的加热方法是利用电子束加热放臵在坩锅 中的金属。在蒸发器中通过保持高真空环境，蒸气分子的平均自由程增加， 并且在真空腔里以直线形式运动，直到它撞到表面凝结形成薄膜。
7
7.2 金属类型
2．常用的金属化材料 (1)铝 与硅以及二氧化硅相同，铝是用于硅片制造中最主要的材料之一。 在制造硅片时，铝以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。同时，铝是淀 积在硅片上的最厚的薄膜之一，第一层金属厚约5000Å。在硅片上，上 层非关键层（例如，具有焊接区的金属层）其厚度能达到 20000Å。 铝在20℃时具有2.65uΩ-cm的低电阻率，但比铜、金、银的电阻铝 稍高。然而铜和银都比较容易腐蚀，而且在氧化膜上附着不好。金在硅 片制造的初期有时被应用，但由于与硅的高接触电阻使得它需要有一层 铂作为过渡层。另一方面，铝能够很容易和氧化硅反应，加热形成氧化 铝（Al3O3），这促进了氧化硅和铝之间的附着。铝能够轻易淀积在硅片 上，可用湿法刻蚀而不影响下层薄膜。基于这些原因，铝作为首选的金 属应用与金属化。 综上所述，在硅IC制造业中，铝和它的主要过程是兼容的，并且成 本相对低廉，从IC制造的早期开始就选择它作为金属化的材料。然而， 由于硅片上电路集成度的增加，金属布线层数的增加，线宽划分得越来 越细，金属化工艺已经从简单的单层发展到多层金属布线。由于铜具有 更低的电阻率，因此它有望取代铝成为主要的互连金属材料。
金属学与热处理七章
第7章金属及其合金的回复与再结晶塑性变形后的金属与合金加热时，其组织结构发生转变的过程，主要包括回复，再结晶和晶粒长大存储能的降低是这一转变过程的驱动力回复阶段；在这段时间从显微组织上看不出任何变化，晶粒仍保持纤维状再结晶阶段；在变形的晶粒部开场出现小晶粒，随着时间的延长，新晶粒不断出现并长大，这个过程一直进展到塑性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴晶粒为止晶粒长大阶段；新的晶粒相互吞并而长大，直到晶粒长大到一个较稳定的尺寸在回复阶段，大局部甚至全部的第一类应力得以消除，第二类或第三类应力只能消除一局部，经再结晶后，因塑性变形而造成的应力可以全部消除力学性能的变化在回复阶段，硬度值稍有下降，但数值变化很小，而塑性有所提高。
强度一般是和硬度呈正比例的一个性能指标。
在再结晶阶段，硬度和强度均显著下降，塑性大大提高，金属与合金因塑性变形而引起的强度和硬度的增加与位错密度的增加有关，在回复阶段，位错密度的减小有限，只有在再结晶阶段，位错密度才会显著下降工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保存加工硬化，这种热处理方法称去应力退火再结晶开场前发生的过程叫回复，回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在再结晶晶粒形成前所产生的某些亚结构和性能的变化过程回复的程度是温度和时间的函数，温度越高，回复的程度越大，当温度一定时，回复的程度随着时间的延长而逐渐增加回复过程是原子的迁移扩散过程，原子迁移的结果，导致金属部的缺陷数量的减少，存储能下降杂质原子和合金元素能够显著推迟金属的再结晶过程回复过程具有热激活的特点，温度越高，过程进展的越快。
微观上看，回复阶段主要是空位的迁移和位错的重排，它们都是典型的热激活过程回复机制温度不同，回复过程中金属部结构变化也不同。
中、低温时主要是点缺陷的迁移和消失，点缺陷密度下降，导致电阻率下降。
位错密度变化不大。
力学性能对空位的变化不敏感，所以不出现变化高温时通过位错的攀移和反响〔异号位错相消〕，同号位错沿垂直于滑移面的方向排列成稳定的位错墙，将晶粒分割成一个个亚晶，这一过程称为多边化，这些位错墙就成为小角度的亚晶界多变化是冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错，通过滑移和攀移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。
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7.1.2
合理设计金属结构
1)对于发生均匀腐蚀的构件可以根据腐蚀速率和设备的寿命计算 构件的尺寸，以及决定是否需要采取保护措施；对于发生局部腐 蚀的构件的设计必须慎重，需要考虑更多的因素。 2)设计的构件应尽可能避免形成有利于形成腐蚀环境的结构。 3)尽可能避免不同金属的直接接触产生电偶腐蚀，特别是要避免 小阳极、大阴极的电偶腐蚀。 4)构件在设计中要防止局部应力集中，并控制材料的最大允许使 用应力；零件在制造中应注意晶粒取向，尽量避免在短横向上受 拉应力；应避免使用应力、装配应力和残余应力在同一个方向上 叠加，以减轻或防止应力腐蚀断裂。 5)设计的结构应有利于制造和维护。
图7-2 氧的去极化时有氢的去极 化参与的阴极保护的极化曲线图解
2.阴极保护参数
(1)保护电位 阴极保护时通过对被保护的金属结构施加阴极电流， 使其发生阴极极化，电位负移，可以使腐蚀过程完全停止，实现 完全保护，或使腐蚀速度降低到人们可以接受的程度，达到有效 保护。 (2)保护电流密度 在阴极保护中，可使被保护结构达到最小保护 电位所需的阴极极化电流密度称为最小保护电流密度。 (3)最佳保护参数 阴极保护最佳保护参数的选择应既能达到较高 的保护程度，又能达到较高的保护效率。
7.3
7.3.1 金属镀层保护
金属涂镀层保护
7.3.2 非金属涂层
7.3.1
7.3.1.1 金属镀层保护原理 7.3.1.2 金属涂镀层技术
金属镀层保护
7.3.1.1
金属பைடு நூலகம்层保护原理
金属镀层根据其在腐蚀电池中的极性可分为阳极性镀层和阴极
性镀层。锌镀层就是一种阳极性镀层。在电化学腐蚀过程中，锌 镀层的电位比较低，因此是腐蚀电池的阳极，受到腐蚀；铁是阴 极，只起传递电子的作用，受到保护。阳极性镀层如果存在空隙， 并不影响它的防蚀作用。阴极性镀层则不然，例如锡镀层，在大 气中发生电化学腐蚀时，它的电位比铁高，因此是腐蚀电池的阴 极。阴极性镀层若存在空隙，露出小面积的铁，则和大面积的锡 构成电池，将加速露出的铁的腐蚀，并造成穿孔。因此，阴极性 镀层只有在没有缺陷的情况下，才能起到机械隔离环境的保护作 用。 阳极性镀层在一定的条件下会转变为阴极性镀层。例如，当溶 液的温度升高到某一临界值，锌镀层和铝镀层将由阳极性镀层转 变为阴极性镀层。这种转变是由于金属镀层表面形成了化合物薄 膜，使镀层的电位升高的缘故。
第 7章
金属的保护方法
7.1 正确选材与合理结构设计
7.2 电化学保护
7.3 金属涂镀层保护 7.4 缓蚀剂保护
7.1
正确选材与合理结构设计
7.1.1 正确选用金属材料和加工工艺 7.1.2 合理设计金属结构
7.1.1
正确选用金属材料和加工工艺
1)选材需要考虑经济上的合理性，在保证其他性能和设计的使用 期的前提下，尽量选用价格便宜的材料。 2)综合考虑整个设备的材料，易腐蚀部分应选择耐蚀性强的材料。 3)对选择材料要查明其对哪些腐蚀具有敏感性，在选用部位所承 受的应力、所处环境的介质条件以及可能发生的腐蚀类型，与其 他接触的材料是否相容，是否会发生接触腐蚀。 4)结构材料的选材不可单纯追求强度指标，应考虑在具体腐蚀环 境条件下的性能。 5)选择杂质含量低的材料可以提高耐蚀性。 6)尽可能选择腐蚀倾向性小的热处理状态。 7)采用特殊的焊接工艺防止焊缝腐蚀，采用喷丸处理改变表面应 力状态防止应力腐蚀。 8)基体材料施加涂层可以作为复合材料来考虑。
4.阳极保护的实施方法
(1)金属的致钝 致钝操作是实施阳极保护的第一步骤。 (2)金属的维钝 金属致钝后，进入维钝过程。
表7-2 金属在某些介质中的阳极保护参数
1)整体致钝法。 2)逐步致钝法。 3)低温致钝法。 4)化学致钝法。 5)涂料致钝法。 6)脉冲致钝法。
(2)金属的维钝
1)固定槽压法。 2)恒电位法。
图7-3 阳极保护原理示意图
2.阳极保护系统
采用难溶和不溶性辅助阳极的消耗低，寿命长，可实现 长期的阴极保护。 由于系统使用的阳极数量有限，保护电流分布不够均匀， 因此被保护的设备形状不能太复杂。
图7-4 硫酸槽的阳极保护
3.阳极保护参数
(1)致钝电流密度ipp 即金属在给定介质中达到钝态所需要的临 界电流密度，一般ipp越小越好。 (2)钝化区电位范围 即开始建立稳定钝态的电位Ep与过钝化电 位Etp间的范围Ep～Etp，在可能发生点蚀的情况下为Ep与点蚀电 位Ebr间的范围Ep～Ebr。 (3)维钝电流密度ip 代表金属在钝态下的腐蚀速度。
7.2
7.2.1 阴极保护 7.2.2 阳极保护
电化学保护
7.2.1
1.阴极保护原理 2.阴极保护参数 3.阴极保护的两种方法
阴极保护
外加电流阴极保护与施加涂料联 合，可以获得最有效的保护效果， 被公认为是最经济的防护方法。
图7-1 外加电流的极化与阴极保护
1.阴极保护原理
是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物 表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使 得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的 发生。
表7-1 一些金属的保护电位(单位：V)
7.2.2
1.阳极保护的原理 2.阳极保护系统 3.阳极保护参数 4.阳极保护的实施方法 5.阳极保护的应用
阳极保护
1.阳极保护的原理
需要外部直流电源，其供电方式主要为恒电流和恒电位两种。 驱动电压高，输出功率和保护电流大，能灵活调节、控制阴极 保护电流，有效保护半径大；可适用于恶劣的腐蚀条件或高电 阻率的环境；但有产生过保护的可能性，也可能对附近金属设 施造成干扰。
金属致钝后，进入维钝过程。
表7-2 金属在某些介质中的阳极保护参数
5.阳极保护的应用
目前，阳极保护主要用于硫酸和废硫酸槽、贮罐，硫酸槽加热段 管，纸浆蒸煮锅，碳化塔冷却水箱，铁路槽车，有机磺酸中和罐 等的保护。对于不能钝化的体系或者含Cl-离子的介质中，阳极 保护不能应用，因而阳极保护的应用还是有限的。
3.阴极保护的两种方法
(1)牺牲阳极保护 牺牲阳极保护方法是在被保护金属上连接电位 更负的金属或合金作为牺牲阳极，依靠牺牲阳极不断腐蚀溶解产 生的电流对被保护金属进行阴极极化，达到保护的目的。 (2)外加电流阴极保护 外加电流阴极保护是利用外部直流电源对 被保护体提供阴极极化，实现对被保护体的保护的方法。