功能薄膜材料优秀课件

在发动机中的运用 气门
凸轮轴
600℃～800℃
发动机驱动零部件的 工作环境极其恶劣
高温 高压 频繁冲击
350℃
高温高压
气缸
对零部件的表面特性提出了极高的要求
3、防腐涂层 优点：耐腐蚀性好、耐磨性好、耐热性好 种类：氧化锆、氧化铝、氧化铬 制备方法：热喷涂
三、能量变换薄膜与器件
一次能量经过各种现象、效应、作用、反应等， 变为二次能量的形式。
离子注入、等离子体表面处理、激光表面 处理 3.2 利于薄膜沉积的技术
PVD法、CVD法
二、耐磨及表面防护涂层
1、硬质涂层 主要用途：各种切削刀具、模具、工具和摩 擦零件，比如TiN和TiC涂层。 主要组成：基底（合金）+涂层（陶瓷） 主要制备方法：CVD和PVD（蒸发、溅射、 离子镀）
切削刀具、模具
一、表面改性
1、表面改性的定义 就是在保护块状材料固有特性的优点基
上，仅对表面进行加工处理使其产生新的物 理、化学特性以及所需要的功能的各种方 法，统称表面改性。
表面改性不仅可以提高经济效益，而且 对于节省资源、能源、开发材料新功能，提 高可靠性，实现轻薄短小化等都具有十分重 要的意义。
2、表面改性的手段
机械、热、电、磁、光、放射线、化学 太阳能利用最普遍的形式是太阳能热水器和太
阳能电池。
主要种类
1、光电变换薄膜材料 2、光热变换薄膜材料 3、热电变换薄膜材料 4、热电子发身薄膜材料 5、固体电解质薄膜材料 6、超导薄膜器件
1、光电变换薄膜材料
太阳能电池基本原理，在太阳光照射下，产生从p到n的电流。 种类: 1.α- Si系薄膜太阳能电池 2.poly-Si薄膜太阳能电池 3.化合物薄膜太阳能电池 ①CdTe薄膜太阳能电池 ②CIS(CuInSe2)太阳能电池 ③CIGS(CuInxGa1-xSe2)太阳能电池
Si系太阳能效率已达到12%以上，镀膜的方法，采用各种等 离子的方法，以及利用光、ECR等的CVD法等。
图 CIGS薄膜太阳能电池的基本结构
材料方面，宽能隙p型α-Si窗口材料已获得广泛 应用，为进一步提高太阳能电池的效率，正 在开发新的p型层材料。超晶格材料以及微晶 材料。氟系α-SiGe的开发。
以TiN镀层对各种刀具为例
(1)齿轮切削刀具，主要是滚齿刀和插齿刀 据统计，国外汽车制造业所用的滚刀至少有
30%-40%是已镀TiN膜的。 Barber-Colman公司使用Balzers的活性反应离子
镀装置，滚刀寿命8：1或10：1。
Fellows举例：生产70个齿的汽车内啮合齿轮， 用斜插齿刀每磨刃一次，可生产300件，磨损 量为0.254mm;没有镀的齿刀每磨刃一次生产 75件,磨损量为0.925mm
②可以提高机床的效率。使用镀膜刀具可以允 许使用更高的切削用量和更大尺寸的刃具， 同规格刀具相比，镀膜的生产效率可提高40% 以上。
③钻头经重磨也保留着许多好处。像齿轮加工 刀具一样，镀膜钻头在用传统方法对其刀头 重磨后，仍保留有大部分最初获得的好处。
④在某些合适的切削参数下效果更显著。Vermont Top&Die公司提供的刀具寿命与切速的关系表明， 钻头使用的切速越高，它与标准刀具相比就显得 越优越。举例：用的普通钻头，对硬度为 HRC=32的4340钢进行切削时，中等切削速度 17.1m/min时，TiN镀膜打孔数量增加228%；提高 到28.3m/min,未镀的钻头不能用了,加工能力下降 了86%,TiN镀膜与中等速度时一样。提高到 46m/min，未镀已完全不能使用，而镀膜则经受 住了进一步的考验。
（1）表面处理技术（形成表面改性层）
通过物理的或化学的手段，在物质表面层中引 入反应成分，形成混合相或合成相，从而产 生新的功能和材料特性。
（2）膜沉积技术（形成复合多层膜）
在基体材料表面析出或沉积有别于基体材料的 膜层，从而显示新的功能和材料特性。
3、用于表面改性的主要方法 3.1 用于表面改性的处理技术
电池结构方面为多层结构。
日本：新阳光计划；美国：0计划；欧 盟：Sahel计划
2、光热变换薄膜材料
实际应用有太阳能房和太阳能热水器。 光选择特性膜，考虑因素：①利用材料的固有
特性；②设计多层干涉膜；③利用几何学的 微细结构表面等。 In2o3(Sn)/Py-硼硅酸玻璃基板，可见光透射率 75-85%，红外光反射率80-85% Sno2 (Sb) ，可见光透射率80%，红外光反射率 70-75%
功能薄膜材料优秀课件
薄膜材料在现代科学技术中应用十分广 泛，制备薄膜材料的技术发展也十分迅 速。
制膜的方法----分为物理和化学两大类
具体方式上，又分干法，湿法和喷涂， 而每种方式又可分为多种方法。
薄膜材料的分类（按材质分）
1.金属薄膜材料（结构性，功能性） 2.无机、陶瓷薄膜材料（结构性，功能性） 3.有机、聚合物薄膜材料 4.半导体薄膜材料
（3）其他刀具
包括端铣刀、丝锥、拉刀等。DOALL公司的端 铣刀，在一定的主刀磨损标准下，在切削速 度为22.2m/min时，镀的切削长度是未镀的2.6 倍,而当提高到31.3m/min时,这一比例增加9:1.
2、热防护涂层 喷气发动机的叶片（Ni，Co，Fe）
CrAlY+氧化锆 涡轮发动机，200μmZrO2,100℃ 等离子喷涂，使用温度1300 ℃
薄膜材料的分类（按功能分）
力功能薄膜材料 (超硬薄膜材料 超润滑薄膜材料)
磁功能薄膜材料 (高透磁率薄膜材料 巨磁阻薄膜材料)
光功能薄膜材料 (红外反射薄膜材料 隐身薄膜材料)
电功能薄膜材料 (超导薄膜材料)
薄膜材料的应用
一、表面改性 二、耐磨及表面防护涂层 三、能量变换薄膜与器件 四、传感器 五、集成光学器件 六、磁记录薄膜和光存储薄膜
Fellows举例：生产20齿的卡车变速齿轮，TiN镀 层刀具每把可生产5600个齿轮，未镀的只生 产700个。
近几年内，TiN镀层刀具至少将占齿轮加工刀具 市场的70%
（2）钻头
①首先应考虑的因素是被加工材料的特殊性， Guhring公司利用德国制作的麻花钻头，进行 TiN镀层处理，结果表明镀膜钻头钻孔数目的 平均增加范围从142%到923%，前者是普通钢、 低合金钢；后者是不锈钢、耐热钢。