第一章 薄膜技术与薄膜材料
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选择时的注意事项： 在许多耐磨损应用中，对镀层－基体组合有许多严格的限制。 由镀层和基体热膨胀系数失配引起的热应力，对于高温条件下生长 的镀层是非常重要的 薄膜生长中产生的应力也会减弱附着力。 镀层的附着力应该足够高，以保证在上述应力作用下，不至于引起 基体－镀层界面的分离。 除了镀层的附着力之外，镀层本身的强度和塑性也至关重要。 对于许多耐磨损应用来说，镀层的硬度也极为重要。
画面对角线106cm的等离子壁挂彩电
PDP工作原理
通过显示电极和选址电极上施加的电压，在二者交点处引起 气体放电；通过控制放电位置和放电的强弱来实现动态显示。气 体放电产生的等离子体中射出紫外线照射涂敷于放电胞壁的荧光 层（发射Ｒ（红）、Ｇ（绿）、Ｂ（蓝）三原色光的荧光层）， 发出相应彩色的光，实现全色壁挂电视。
1.5.1 表面改性
定义:在保持块体材料固有特性的优点基础上，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功能的各种方法，统称为 表面改性。
1.5.1 表面改性
表面改性的手段，可分为两大类: (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。
CNT和富勒烯的结构模型 CNT和富勒烯的制作装置示意
1.3 薄膜制作简介
沉积薄膜的载体称为基板，沉积的薄膜（如铝等金属膜）物质为薄 膜材料。首先，将基板及含有薄膜材料的源（气化源）置于真空容 器（钟罩）中，抽真空，达到所需要的真空度。在真空室中，由气 源发出的镀料，以原子或分子状随机运动状态，以声速到数千倍声 速的高速度，向着基板飞行。
1.3 薄膜制作简介真空蒸 Nhomakorabea和离子镀主要用于研究开发和小批量生产，而溅射镀膜 和化学气相沉积更适用于大批量生产和工艺研究。
1.4 薄膜加工简介
1.4 薄膜加工简介
1.5 薄膜材料的应用
表面改性 超硬模用于切割刀具 能量变换膜与器件 传感器 半导体器件 金刚石薄膜 平板显示器
表面改性的应用情况：
对于实际的表面改性，特别是大型系统的表面改性，需要研究开发的 内容是相当多的。从材料的角度，应特别注意如下几点：
① 针对具体的材料表面改性系统，需要制作、试验的样品很多，同 时还要进行各种基础性实验。从提高效率角度考虑，希望利用小型 连续成膜实验装置。 ② 在针对实际工况进行模拟试验时，至少需要进行与实际的动态、 静态规模相接近的验证试验。 ③ 在最终决定材质或加工工艺阶段，薄膜材料试制应采用与样品制 作相同的沉积装置，或至少采用同一规格的模型机。 ④ 在检测各种机械性能，特别是进行寿命试验时，加速试验的结果 至少应是目标值的1.5倍。 ⑤ 关于试验检测方法、顺序、检测手段、试验检测设备的规格、试 验结果的确认等，都应该按照有关标准严格地进行。
(3) 薄膜气相沉积涉及从气相到固相的超急冷过程，易于形成非稳态物质 及非化学计量的化合物膜层。
(4) 由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉积，因此， 可以得到各种材料的膜层；可以较方便地采用光、等离子体等激发手 段，在一般条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获得 的物质。
为测量上述加速度，离不开由薄膜技术及超微细加工技术制作的传感器。
MEMS的薄膜与微细加工技术
MEMS表示百万分之一米尺寸量级的电子机械系统，NEMS表示十亿分 之一米尺寸量级的电子机械系统。
静电型二维扫描仪 微型多反应器 高精细喷墨打印机
原子的人工组装
薄膜技术的未来目标之一是，在物体上所希望的位置，去除不需要 的原子，或安装所希望的原子，通过原子的人工组装实现超高密度器件。
用于表面改性的表面处理技术：
离子注入 等离子体表面处理 激光表面处理
离子注入原理： 离子注入是将数千伏以上高电压加速的离子打入固体表面，使固体表面的结构、 组织、化学成分等发生变化，从而获得新的功能和材料特性。
离子注入优点： 由于采用质量分析器对离子进行选择，可以进行高纯度注入；可由加速电压控制 注入深度，由电流和时间控制注入量；属于非热平衡过程，对基板材料与离子的 组合以及注入量等无限制；既可对微小面积，又可对比较大的面积（静电扫描） 进行注入等。
镀层对磨损所产生的作用：
① 减少切屑－刀具作用面的接触长度； ② 由于镀层的低摩擦系数，可减弱切屑与前刀面、工件与后刀面
之间的摩擦；从而可降低刀具的温度； ③ 减少刀刃附近的粘着磨损，也可减少月牙槽区域的表面塑性变
形； ④ 减少粘着磨损，可减少形成积屑瘤的倾向，从而可以得到较好
的加工面。
TiN镀层对各种刀具切削性能的改善
通过互联网可以按计划、远距离、随心所 欲地操作自宅家电
可代替人工作的机器人将出现在我们面前
PDP—等离子壁挂电视
以等离子体平板显示器、液晶 显示器为代表的平板显示器。画面 对角线超过2.5ｍ，厚度仅有几厘 米，图像清晰、逼真的壁挂式PDP 已在机场、车站、会议室乃至家庭
中广泛采用。
目前，可折叠卷曲的显示器正 在研究中，而且人们欣赏立体画面 的时代已为期不远。与此同时，发 光二极管显示器、有机电致发光显 示器等也在急速发展之中。
1.5.2 超硬模用于切割刀具
超硬模的获得：各种类型的薄膜既可由PVD又可由CVD制取。在 生产中所镀制的膜层，按用途可分为两类：一类是机械功能膜，包括 耐磨、减摩、润滑、装饰等表面保护和强化膜，其厚度一般要超过 1µm；另一类是物理功能膜，包括声学、光学、电学和磁学膜，其厚 度一般小于1µm。
硬质镀层材料包括超硬材料，如金刚石膜、“类金刚石”碳膜、 难熔化合物及各种合金等。近年来，过渡族金属碳化物和氮化物已经 获得了最为显著的实用效果。其中，对氮化钛、碳化钛及其复合镀层 研究得最多，应用也最广泛。
何谓“高技术”？简单地说，就是采用新材料、新工艺，产生更 高效益，能促进人类物质文明和精神文明更快进步的技术。
而薄膜，正是一种新型的材料，薄膜技术是一种新型的高技术。
薄膜材料受到关注的理由：
(1) 薄膜很薄，可看成物质的二维形态。薄膜技术是实现器件轻薄短小化 和系统集成化的有效手段。
(2) 随着器件的尺寸减小乃至粒子量子化运动的尺度，薄膜材料或其器件 将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术是制备这类新型功能器件的 有效手段。
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
如何选择镀层－基体系统
选择镀层－基体系统时，应考虑镀层和基体之间的相互作用，以及镀 层在使用条件下与周围环境之间的反应，其中主要包括膜层与基体之 间的附着力、应力对镀层强度的影响，以及镀层的硬度、脆性、热膨 胀系数、稳定性、多层膜的匹配性等。
1.2 薄膜与工作、生活的联系
互联网与薄膜技术 PDP---等离子壁挂电视 发展迅猛的TFT-LCD 生物计算机与薄膜技术 正在进展中的人造大脑 微机械使重症患者起死回生 加速度传感器 实现MEMS的薄膜与微细加工技术 原子的人工组装 碳纳米管和富勒烯
互联网与薄膜技术
为实现原子的人工组装，研究中经常使用的装置是扫描隧道显微镜 （简称STM）。下图为STM的工作原理图示。
人工操作原子的例子：用STM观察到的Si原子排布情况，图a中 的白亮点为Si原子，图中的圆圈为位置标记。图ｂ表示由其他位置 向标有＋符号的位置移来的三个原子。图ｃ表示去除移动原子后的 情况。
碳纳米管和富勒烯
生物计算机与薄膜技术
制作与人类大脑相近的记忆（存储）系统，实现人工智能。 关于记忆，已由硅半导体等构成的存储器来实现。 目前，科学工作者正通过小鼠及兔子的小脑等神经细胞的培养，
以实现神经网络功能。
使用神经细胞培养，实现神经网络功能的过程:
先利用薄膜技术在石英板上 制作150µm见方的阱以及连接阱 的10µm深的沟槽，再在阱中放 置大白鼠的海马神经细胞。可以 看出：神经纤维会向四面八方伸 出，神经纤维会在沟槽中生长。 神经细胞之间可以实现接触、连 接，进而形成回路网络。
如图ｃ)所示，阱中仅神经细胞的尖端露出，通过设置由氧化 铝或聚酰亚胺等绝缘膜覆盖的电极，可将其产生的电信号取出。
正在进展中的人造大脑
在集成电路中，1cm2的硅片之上已经成功地制作出2.5亿个三极管， 并已实现制品化。
10亿个三极管的试制品也已经出现, 如图a)所示。 160亿个的集成电路在2010年实现，如图b)所示。 机器人不仅能两条腿走路，而且能表现出感情，其智力达到１岁
PDP断面结构的实例
发展迅猛的TFT－LCD
TFT-LCD即薄膜三极管液晶显示器。所谓液晶是指在某一温度范围内， 从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。 液晶的流动性和各向异性正好为图像显示所利用。
液晶显示器的工作原理
通过外加电压的有和无，就可以实现光的透过与截止，即由电开关实 现光开关。
(5) 通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可对界面结构、结晶 状态，膜厚等进行控制；表面精细，便于光刻制电路图形；有成熟经 验，易于在其他应用领域中推广。
(6) 易于在成膜过程中在线检测，监测动态过程并可按要求控制生长过程， 便于实现自动化。
采用薄膜技术材料在世界范围内所占的市场
市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美元 年平均增长幅度达到13.7%。
等离子体表面处理优点： 等离子体增强（辅助，强化）表面处理装置比较简单，容易操作，价 格也比较便宜，便于工业应用。
用于表面改性的表面处理技术：
离子注入 等离子体表面处理 激光表面处理
激光表面处理： 采用红宝石、CO2等高功率脉冲激光，对钢、铝合金等进行表面 处理，通过表面合金化、结晶组织等的微细化、固溶度增大等， 可以提高村料的硬度、强度、耐蚀性、耐热性、耐磨性等。
当今信息社会，人们通过电视机、收音机、手机、互联网等，可即 时看到或听到世界上所发生的“鲜”、“活”新闻，如同人们长上了千 里眼、顺风耳。完成这一切，需要许多采集、处理信息及通信网络设备， 而这些设备都需要数量巨大的元器件、电子回路、集成电路等。薄膜技 术是制作这些元器件、电子回路、集成电路的基础。
儿童的水平。
微机械使重症患者起死回生
薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加工。 目前已实用化的马达，最小尺寸的已成功实用于手表等机构中。 如果利用薄膜技术，不久会制作出以微米为单位的马达。
加速度传感器
加速度（力）的检测极为重要，其应用也非常广泛。如汽车及时充气膨 胀，机器人双脚行走等均是通过检测加速度来实现。
第一章 绪论
1.1 薄膜与高新技术
材料、信息技术与能源称为现代人类文明的三大支柱。国民经济 的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料发展的制约或 推动。新材料的发展水平成为了衡量国家技术水平和综合实力的重 要标志。
何谓“新材料”？简单地说，就是那些新出现或已在发展中的， 在成分、组织、结构、形态等方面不同于普通材料，具有传统材料 所不具备的优异性能和特殊功能的材料。
离子注入缺点： 装置很大，操作复杂，运行费用高；通常运行条件（小于或近似等于数十万电子 伏）下，注入深度在1µm以下；除半导体以外，一般样品注入离子的种类实际上 是受限制的。
用于表面改性的表面处理技术：
离子注入 等离子体表面处理 激光表面处理
等离子体表面处理原理： 采用这种方法可进行表面氮化、表面氧化、表面碳化等。将活性反 应气体以10％～50％（摩尔分数）的比例与氩气混合，在数十至数 百帕的真空气氛中产生等离子体放电。相对于接地电位的靶样品， 等离子体处于正电位，活性气体离子加速向样品表面碰撞，在进入 表面的同时，与表面物质发生化学反应。
（1）齿轮切削刀具
（2）钻头
齿轮切削刀具镀TiN的效果
TiN镀层对钻头性能的影响
画面对角线106cm的等离子壁挂彩电
PDP工作原理
通过显示电极和选址电极上施加的电压，在二者交点处引起 气体放电；通过控制放电位置和放电的强弱来实现动态显示。气 体放电产生的等离子体中射出紫外线照射涂敷于放电胞壁的荧光 层（发射Ｒ（红）、Ｇ（绿）、Ｂ（蓝）三原色光的荧光层）， 发出相应彩色的光，实现全色壁挂电视。
1.5.1 表面改性
定义:在保持块体材料固有特性的优点基础上，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功能的各种方法，统称为 表面改性。
1.5.1 表面改性
表面改性的手段，可分为两大类: (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。
CNT和富勒烯的结构模型 CNT和富勒烯的制作装置示意
1.3 薄膜制作简介
沉积薄膜的载体称为基板，沉积的薄膜（如铝等金属膜）物质为薄 膜材料。首先，将基板及含有薄膜材料的源（气化源）置于真空容 器（钟罩）中，抽真空，达到所需要的真空度。在真空室中，由气 源发出的镀料，以原子或分子状随机运动状态，以声速到数千倍声 速的高速度，向着基板飞行。
1.3 薄膜制作简介真空蒸 Nhomakorabea和离子镀主要用于研究开发和小批量生产，而溅射镀膜 和化学气相沉积更适用于大批量生产和工艺研究。
1.4 薄膜加工简介
1.4 薄膜加工简介
1.5 薄膜材料的应用
表面改性 超硬模用于切割刀具 能量变换膜与器件 传感器 半导体器件 金刚石薄膜 平板显示器
表面改性的应用情况：
对于实际的表面改性，特别是大型系统的表面改性，需要研究开发的 内容是相当多的。从材料的角度，应特别注意如下几点：
① 针对具体的材料表面改性系统，需要制作、试验的样品很多，同 时还要进行各种基础性实验。从提高效率角度考虑，希望利用小型 连续成膜实验装置。 ② 在针对实际工况进行模拟试验时，至少需要进行与实际的动态、 静态规模相接近的验证试验。 ③ 在最终决定材质或加工工艺阶段，薄膜材料试制应采用与样品制 作相同的沉积装置，或至少采用同一规格的模型机。 ④ 在检测各种机械性能，特别是进行寿命试验时，加速试验的结果 至少应是目标值的1.5倍。 ⑤ 关于试验检测方法、顺序、检测手段、试验检测设备的规格、试 验结果的确认等，都应该按照有关标准严格地进行。
(3) 薄膜气相沉积涉及从气相到固相的超急冷过程，易于形成非稳态物质 及非化学计量的化合物膜层。
(4) 由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉积，因此， 可以得到各种材料的膜层；可以较方便地采用光、等离子体等激发手 段，在一般条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获得 的物质。
为测量上述加速度，离不开由薄膜技术及超微细加工技术制作的传感器。
MEMS的薄膜与微细加工技术
MEMS表示百万分之一米尺寸量级的电子机械系统，NEMS表示十亿分 之一米尺寸量级的电子机械系统。
静电型二维扫描仪 微型多反应器 高精细喷墨打印机
原子的人工组装
薄膜技术的未来目标之一是，在物体上所希望的位置，去除不需要 的原子，或安装所希望的原子，通过原子的人工组装实现超高密度器件。
用于表面改性的表面处理技术：
离子注入 等离子体表面处理 激光表面处理
离子注入原理： 离子注入是将数千伏以上高电压加速的离子打入固体表面，使固体表面的结构、 组织、化学成分等发生变化，从而获得新的功能和材料特性。
离子注入优点： 由于采用质量分析器对离子进行选择，可以进行高纯度注入；可由加速电压控制 注入深度，由电流和时间控制注入量；属于非热平衡过程，对基板材料与离子的 组合以及注入量等无限制；既可对微小面积，又可对比较大的面积（静电扫描） 进行注入等。
镀层对磨损所产生的作用：
① 减少切屑－刀具作用面的接触长度； ② 由于镀层的低摩擦系数，可减弱切屑与前刀面、工件与后刀面
之间的摩擦；从而可降低刀具的温度； ③ 减少刀刃附近的粘着磨损，也可减少月牙槽区域的表面塑性变
形； ④ 减少粘着磨损，可减少形成积屑瘤的倾向，从而可以得到较好
的加工面。
TiN镀层对各种刀具切削性能的改善
通过互联网可以按计划、远距离、随心所 欲地操作自宅家电
可代替人工作的机器人将出现在我们面前
PDP—等离子壁挂电视
以等离子体平板显示器、液晶 显示器为代表的平板显示器。画面 对角线超过2.5ｍ，厚度仅有几厘 米，图像清晰、逼真的壁挂式PDP 已在机场、车站、会议室乃至家庭
中广泛采用。
目前，可折叠卷曲的显示器正 在研究中，而且人们欣赏立体画面 的时代已为期不远。与此同时，发 光二极管显示器、有机电致发光显 示器等也在急速发展之中。
1.5.2 超硬模用于切割刀具
超硬模的获得：各种类型的薄膜既可由PVD又可由CVD制取。在 生产中所镀制的膜层，按用途可分为两类：一类是机械功能膜，包括 耐磨、减摩、润滑、装饰等表面保护和强化膜，其厚度一般要超过 1µm；另一类是物理功能膜，包括声学、光学、电学和磁学膜，其厚 度一般小于1µm。
硬质镀层材料包括超硬材料，如金刚石膜、“类金刚石”碳膜、 难熔化合物及各种合金等。近年来，过渡族金属碳化物和氮化物已经 获得了最为显著的实用效果。其中，对氮化钛、碳化钛及其复合镀层 研究得最多，应用也最广泛。
何谓“高技术”？简单地说，就是采用新材料、新工艺，产生更 高效益，能促进人类物质文明和精神文明更快进步的技术。
而薄膜，正是一种新型的材料，薄膜技术是一种新型的高技术。
薄膜材料受到关注的理由：
(1) 薄膜很薄，可看成物质的二维形态。薄膜技术是实现器件轻薄短小化 和系统集成化的有效手段。
(2) 随着器件的尺寸减小乃至粒子量子化运动的尺度，薄膜材料或其器件 将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术是制备这类新型功能器件的 有效手段。
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
PVD和CVD薄膜的一些典型应用
如何选择镀层－基体系统
选择镀层－基体系统时，应考虑镀层和基体之间的相互作用，以及镀 层在使用条件下与周围环境之间的反应，其中主要包括膜层与基体之 间的附着力、应力对镀层强度的影响，以及镀层的硬度、脆性、热膨 胀系数、稳定性、多层膜的匹配性等。
1.2 薄膜与工作、生活的联系
互联网与薄膜技术 PDP---等离子壁挂电视 发展迅猛的TFT-LCD 生物计算机与薄膜技术 正在进展中的人造大脑 微机械使重症患者起死回生 加速度传感器 实现MEMS的薄膜与微细加工技术 原子的人工组装 碳纳米管和富勒烯
互联网与薄膜技术
为实现原子的人工组装，研究中经常使用的装置是扫描隧道显微镜 （简称STM）。下图为STM的工作原理图示。
人工操作原子的例子：用STM观察到的Si原子排布情况，图a中 的白亮点为Si原子，图中的圆圈为位置标记。图ｂ表示由其他位置 向标有＋符号的位置移来的三个原子。图ｃ表示去除移动原子后的 情况。
碳纳米管和富勒烯
生物计算机与薄膜技术
制作与人类大脑相近的记忆（存储）系统，实现人工智能。 关于记忆，已由硅半导体等构成的存储器来实现。 目前，科学工作者正通过小鼠及兔子的小脑等神经细胞的培养，
以实现神经网络功能。
使用神经细胞培养，实现神经网络功能的过程:
先利用薄膜技术在石英板上 制作150µm见方的阱以及连接阱 的10µm深的沟槽，再在阱中放 置大白鼠的海马神经细胞。可以 看出：神经纤维会向四面八方伸 出，神经纤维会在沟槽中生长。 神经细胞之间可以实现接触、连 接，进而形成回路网络。
如图ｃ)所示，阱中仅神经细胞的尖端露出，通过设置由氧化 铝或聚酰亚胺等绝缘膜覆盖的电极，可将其产生的电信号取出。
正在进展中的人造大脑
在集成电路中，1cm2的硅片之上已经成功地制作出2.5亿个三极管， 并已实现制品化。
10亿个三极管的试制品也已经出现, 如图a)所示。 160亿个的集成电路在2010年实现，如图b)所示。 机器人不仅能两条腿走路，而且能表现出感情，其智力达到１岁
PDP断面结构的实例
发展迅猛的TFT－LCD
TFT-LCD即薄膜三极管液晶显示器。所谓液晶是指在某一温度范围内， 从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。 液晶的流动性和各向异性正好为图像显示所利用。
液晶显示器的工作原理
通过外加电压的有和无，就可以实现光的透过与截止，即由电开关实 现光开关。
(5) 通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可对界面结构、结晶 状态，膜厚等进行控制；表面精细，便于光刻制电路图形；有成熟经 验，易于在其他应用领域中推广。
(6) 易于在成膜过程中在线检测，监测动态过程并可按要求控制生长过程， 便于实现自动化。
采用薄膜技术材料在世界范围内所占的市场
市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美元 年平均增长幅度达到13.7%。
等离子体表面处理优点： 等离子体增强（辅助，强化）表面处理装置比较简单，容易操作，价 格也比较便宜，便于工业应用。
用于表面改性的表面处理技术：
离子注入 等离子体表面处理 激光表面处理
激光表面处理： 采用红宝石、CO2等高功率脉冲激光，对钢、铝合金等进行表面 处理，通过表面合金化、结晶组织等的微细化、固溶度增大等， 可以提高村料的硬度、强度、耐蚀性、耐热性、耐磨性等。
当今信息社会，人们通过电视机、收音机、手机、互联网等，可即 时看到或听到世界上所发生的“鲜”、“活”新闻，如同人们长上了千 里眼、顺风耳。完成这一切，需要许多采集、处理信息及通信网络设备， 而这些设备都需要数量巨大的元器件、电子回路、集成电路等。薄膜技 术是制作这些元器件、电子回路、集成电路的基础。
儿童的水平。
微机械使重症患者起死回生
薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加工。 目前已实用化的马达，最小尺寸的已成功实用于手表等机构中。 如果利用薄膜技术，不久会制作出以微米为单位的马达。
加速度传感器
加速度（力）的检测极为重要，其应用也非常广泛。如汽车及时充气膨 胀，机器人双脚行走等均是通过检测加速度来实现。
第一章 绪论
1.1 薄膜与高新技术
材料、信息技术与能源称为现代人类文明的三大支柱。国民经济 的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料发展的制约或 推动。新材料的发展水平成为了衡量国家技术水平和综合实力的重 要标志。
何谓“新材料”？简单地说，就是那些新出现或已在发展中的， 在成分、组织、结构、形态等方面不同于普通材料，具有传统材料 所不具备的优异性能和特殊功能的材料。
离子注入缺点： 装置很大，操作复杂，运行费用高；通常运行条件（小于或近似等于数十万电子 伏）下，注入深度在1µm以下；除半导体以外，一般样品注入离子的种类实际上 是受限制的。
用于表面改性的表面处理技术：
离子注入 等离子体表面处理 激光表面处理
等离子体表面处理原理： 采用这种方法可进行表面氮化、表面氧化、表面碳化等。将活性反 应气体以10％～50％（摩尔分数）的比例与氩气混合，在数十至数 百帕的真空气氛中产生等离子体放电。相对于接地电位的靶样品， 等离子体处于正电位，活性气体离子加速向样品表面碰撞，在进入 表面的同时，与表面物质发生化学反应。
（1）齿轮切削刀具
（2）钻头
齿轮切削刀具镀TiN的效果
TiN镀层对钻头性能的影响