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化學氣相沉積的概念范文第1篇

關鍵詞：晶體硅薄膜；CulnSe2薄膜；商業化

中圖分類號：TM914.42 文獻標識碼：A 文章編號：1672-8882（2015）05-117-02

近幾年來，光伏市場發展極其迅速，1997年光伏組件的銷售量達122Vw，比上年增加38%。世界主要幾大公司宣稱，近期光伏組件產量將會增加到263.5MW，其中薄膜太陽電池將達到91.5MW，占太陽電池總量的34.7%。快速發展的光伏市場導致許多太陽電池生產廠家力求擴大生產能力，開辟大容量的太陽電池生產線。但目前太陽電池用硅材料大部分來源于半導體硅材料的等外品和單晶硅的頭尾料，不能滿足光伏工業發展的需要。同時硅材料正是構成晶體硅太陽電池組件成本中很難降低的部分，因此為了適應太陽電池高效率、低成本、大規模生產化發展的要求，最有效的辦法是不采用由硅原料、硅錠、硅片到太陽電池的工藝路線，而采用直接由原材料到太陽電他的工藝路線，即發展薄膜太陽電他的技術。

一、晶體硅薄膜太陽電池發展

晶體硅薄膜太陽電池，近年來在國外發展比較迅速。為了使晶體硅薄膜太陽電池達到商業化，努力將實驗室結果推向市場，1988年制造出100cm2的薄膜太陽電池，其轉換效率為8%。18個月后，其效率在同樣面積下達到10.9%，3年半后12kw薄膜太陽電池系統投入市場。1994年底美國加利福尼亞區成功建立了17.1kW硅薄膜太陽電池方陣系統，這個系統電池是利用高溫熱分解噴涂法制備的。在薄膜電池上覆蓋了一層抗反射層，硅薄膜晶粒為毫米級，具有宏觀結構特性，減少了蘭色和遠紅外光的響應。

1997年召開的26屆IEEE PVSC，14屆歐洲PVSEC和世界太陽能大會報道了Uvited Solar Systemn薄膜硅太陽電池，轉換效率為16.6%，日本的Kanebo為9.8%，美國NREL提供的測試結果，USSA的Si/SiGe/SiGe薄膜電池，面積為903cm2，轉換效率為10.2%，功率為9.2W。

我國晶體硅薄膜太陽電他的研究仍處于實驗室階段。1982年長春應用化學研究所韓桂林等人用CVD法，在系統中采用高頻加熱石墨，系統抽真空后通氖氣以驅除殘留氣體，加熱石墨至所需溫度，隨即通入混合氣體，在1100℃-1250℃下，SiCl4被H2還原，硅沉積在襯底上。研究了多晶硅薄膜的生長規律并對膜的基本物理特性進行研究。1998年北京市太陽能研究所趙玉文等報道了以SiH2Cl2為原料氣體，采用快速熱化學氣相沉積（RTCVD）工藝在石英反應器中沉積多晶硅薄膜。氣源為H2和SiH2Cl2的混合物，石英管內配有石墨樣品托架，采用程控光源將石墨樣品托架加熱到1200℃。試驗所用襯底為重摻雜磷非活性單晶硅片或非硅質底材。在1030℃下薄膜生長速率為10nm/s，研究了薄膜生長特性，薄膜的微結構，并研制了多晶硅薄膜電池，電池結構為金屬柵線/p+多晶硅膜/n多晶硅膜/n++C-硅/金屬接觸。采用擴硼形成p+層，結深約為1?m，電池面積為1cm2，AM1.5、100mV/cm2條件下，無減反射涂層，電池轉換效率為4.54%，Jsc=14.3mA/cm2，Voc=0.460V，FF=0.67。

我國晶體硅薄膜太陽電池研究水平與國際水平相差較大，應加速發展。在廉價襯底上形成高質量的多晶硅薄膜，研究襯底與硅膜之間夾層，用以阻擋雜質向硅膜擴散，并研制出具有較高轉換效率的多晶硅薄膜電池，在近期內使其轉換效率能達到10%左右，為工業化生產作準備，以期成本能降低到$1/w左右。

二、國內CulnSe2薄膜太陽電池發展情況

我國的CulnSe2薄膜太陽電池研究始于80年代中期。內蒙古大學、南開大學、云南師范大學、中國科學院長春應用化學研究所等單位先后開展了這項研究。1986年長春應用化學研究所用噴涂法制備了C1S薄膜。薄膜具有黃銅礦結構，并制備了全噴涂C1S/CdS太陽電池，電池具有光伏效應。1990年內蒙古大學采用雙源法，研制了pin CdS/CulnSe2薄膜太陽電池，經天津電源研究所測試，面積為0.9cm×0.9cm，效率為8.5%。南開大學采用蒸發硒化法制作CulnSe/C北薄膜太陽電池，面積為0.1cm2和lcm2的太陽電池，其效率分別達到7.62%和7.28%，5cm×5cm電他的平均效率為6.67%。

我國該技術仍處于實驗室階段，而且處于較低的水平，投入很少，進展緩慢。因此，急需加快研究和開發力度，加大對薄膜太陽電他的投入，盡快向工業化生產過渡，將薄膜太陽電池作為21世紀優先發展的高科技項目。近期內，對CulnSe2薄膜太陽電池的研制，通過控制Se、In、Cu三元素配比和蒸發速率，以獲得重復性好、化學計量比符合要求，具有黃銅礦結構的硒鋼銅薄膜，用化學成膜法制備致密和均勻的CdS薄膜，用濺射法制備ZnO薄膜。期望近期內，光伏轉換效率能達到10%左右，為21世紀大規模發展Cu1nSe2薄膜太陽電池奠定基礎。

三、薄膜光伏的商業化

在過去的幾年，世界光伏市場以每年45%的增幅在快速發展，不斷有新的公司進入市場，基于CIGS和CdTe的薄膜光伏市場化也取得了進展，并在很多領域廣泛應用（包括屋頂計劃和建筑物等）。2006年，整個世界范圍內薄膜光伏的市場份額小于6%，然而在美國薄膜光伏的市場份額高達44%，這主要得益于位于奧爾良的First Solar和密歇根的United Solar，這2個公司在2006年取得長足進展。 中機院-專注于園區規劃、產業研究、產業規劃、城市發展規劃、投融資服務

世界上很多薄膜光伏公司從事a-Si、CIGS和CdTe的商業化發展，美國也有很多致力于此的公司，在CIGS和CdTe研究方面取得的進展和技術進步足以支持其往兆瓦級的生產轉化。在美國有16家公司從事非晶硅和薄硅的商業化進程，很顯然，其中的領跑者為密歇根的Uni-Solar，其在2006年產能為60MW，而2007年的產能達到120MW。美國薄膜光伏的快速發展得益于美國國家再生能源實驗室（NREL）在多結太陽電池技術上的成就；Applied Material則可提供單結非晶硅和納米硅疊層太陽電池“交鑰匙”工程，迄今為止，已在包括中國、印度、德國、西班牙等世界各地裝機超過200MW。目前美國有15家公司采用不同的吸收層沉積技術開展CIGS業務，機會和挑戰在這兒并存；同時有8個公司從事CdTe薄膜光伏的市場化運作。

目前世界上有5個公司致力于CIGS薄膜光伏的商業化生產，主要是德國的Wurth Solar、美國的Global Solar、日本本田、日本昭和殼牌和德國的Sulfurcell，其年產量介于5MW至27MW之間。同時有34家公司正在開發CIGS薄膜太陽電池生產技術，采用了約10種不同的吸收層沉積技術。在生產中，不論吸收層是采用共蒸發法還是兩步法（如濺射后硒化），在所有技術路線中均采用濺射法制備Mo底電極以及濺射或化學氣相沉積法制備ZnO薄膜。

參考文獻：

[1] Goetzberger A；Hebling C Photovoltaic. materials，past，present，future [外文期刊] 2000（1/2） DOI：10.1016/S0927-0248（99）00131-2.

化學氣相沉積的概念范文第2篇

【關鍵詞】表面處理；金屬電鍍

一、表面處理的概念

表面處理是在基體材料表面上人工形成一層與基體的機械、物理和化學性能不同的表層的工藝方法。表面處理的目的是滿足產品的耐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求。 表面處理一般可包括前處理、電鍍、涂裝、化學氧化、熱噴涂等眾多物理化學方法。

二、涂裝前表面處理

為了把物體表面所附著的各種異物（如油污、銹蝕、灰塵、舊漆 膜等）去除，提供適合于涂裝要求的良好基底，以保證涂膜具有良好的防腐蝕性能、裝飾性能及某些特種功能，在涂裝之前必須對物體表面進行預處理。人們把進行這種處理所做的工作，統稱為涂裝前（表面）處理或（表面）預處理。

基體前處理的目的：一是增加涂層與基體的結合強度既加大附著力，二是增加涂層的功能如防腐蝕、防磨損及等特殊功能。常見的前處理方法主要有以下：

1.手工處理

如刮刀、鋼絲刷或砂輪等。用手工可以除去工件表面的銹跡和氧化皮，但手工處理勞動強度大、生產效率低，質量差，清理不徹底。

2.化學處理

主要是利用酸性或堿性溶液與工件表面的氧化物及油污發生化學反應，使其溶解在酸性或堿性的溶液中，以達到去除工件表面銹跡氧化皮及油污，再利用尼龍制成的毛刷輥或304#不銹鋼絲（耐酸堿溶液制成的鋼絲刷輥）清掃干凈便可達到目的。

3.機械處理

主要包括鋼絲刷輥拋光法、拋丸法和噴丸法。拋光法也就是刷輥在電機的帶動下，刷輥以與軋件運動相反的方向在板帶的上下表面高速旋轉刷去氧化鐵皮。刷掉的氧化鐵皮采用封閉循環冷卻水沖洗系統沖掉。拋丸法清理是利用離心力將彈丸加速，拋射至工件進行除銹清理的方法。

4.等離子處理

等離子表面處理器由等離子發生器，氣體輸送管路及等離子噴頭等部分組成，等離子發生器產生高壓高頻能量在噴嘴鋼管中被激活和被控制的輝光放電中產生低溫等離子體，借助壓縮空氣將等離子噴向工件表面，當等離子體和被處理物體表面相遇時，產生了物體變化和化學反應。表面得到了清潔，去除了碳化氫類污物，如油脂，輔助添加劑等，或產生刻蝕而粗糙，或形成致密的交聯層，或引入含氧極性基團（羥基、羧基），這些基團對各類涂敷材料具有促進其粘合的作用，在粘合和油漆應用時得到了優化。

三、常見的表面處理方法

目前金屬的表面處理方法可以總結為以下的類型：、

1.電化學法

這種方法是利用電極反應，在工件表面形成鍍層。其中主要的方法是：1）電鍍。在電解質溶液中，工件為陰極，在外電流作用下，使其表面形成鍍層的過程，稱為電鍍。鍍層可為金屬、合金、半導體或含各類固體微粒，如鍍銅、鍍鎳等。2）氧化。在電解質溶液中，工件為陽極，在外電流作用下，使其表面形成氧化膜層的過程，稱為陽極氧化，如鋁合金的陽極氧化。鋼鐵的氧化處理可用化學或電化學方法。化學方法是將工件放入氧化溶液中，依靠化學作用在工件表面形成氧化膜，如鋼鐵的發藍處理。

2.化學方法

這種方法是無電流作用，利用化學物質相互作用，在工件表面形成鍍覆層。其中主要的方法是：1）化學轉化膜處理。在電解質溶液中，金屬工件在無外電流作用，由溶液中化學物質與工件相互作用從而在其表面形成鍍層的過程，稱為化學轉化膜處理。如金屬表面的發藍、磷化、鈍化、鉻鹽處理等。2）化學鍍。在電解質溶液中，工件表面經催化處理，無外電流作用，在溶液中由于化學物質的還原作用，將某些物質沉積于工件表面而形成鍍層的過程，稱為化學鍍，如化學鍍鎳、化學鍍銅等。

3.熱加工法

這種方法是在高溫條件下令材料熔融或熱擴散，在工件表面形成涂層。其主要方法是：1）熱浸鍍。金屬工件放入熔融金屬中，令其表面形成涂層的過程，稱為熱浸鍍，如熱鍍鋅、熱鍍鋁等。2）熱噴涂。將熔融金屬霧化，噴涂于工件表面，形成涂層的過程，稱為熱噴涂，如熱噴涂鋅、熱噴涂鋁等。3）熱燙印。將金屬箔加溫、加壓覆蓋于工件表面上，形成涂覆層的過程，稱為熱燙印，如熱燙印鋁箔等。4）化學熱處理。工件與化學物質接觸、加熱，在高溫態下令某種元素進入工件表面的過程，稱為化學熱處理，如滲氮、滲碳等。5）堆焊。以焊接方式，令熔敷金屬堆集于工件表面而形成焊層的過程，稱為堆焊，如堆焊耐磨合金等。

4.真空法

這種方法是在高真空狀態下令材料氣化或離子化沉積于工件表面而形成鍍層的過程。其主要方法是：1）物理氣相沉積（PVD）。在真空條件下，將金屬氣化成原子或分子，或者使其離子化成離子，直接沉積到工件表面，形成涂層的過程，稱為物理氣相沉積，其沉積粒子束來源于非化學因素，如蒸發鍍濺射鍍、離子鍍等。2）離子注入。高電壓下將不同離子注入工件表面令其表面改性的過程，稱為離子注入，如注硼等。3）化學氣相沉積（CVD）。低壓（有時也在常壓）下，氣態物質在工件表面因化學反應而生成固態沉積層的過程，稱為化學氣相鍍，如氣相沉積氧化硅、氮化硅等。

5.其它方法

主要是機械的、化學的、電化學的、物理的方法。其中的主要方法是：1）涂裝。閑噴涂或刷涂方法，將涂料（有機或無機）涂覆于工件表面而形成涂層的過程，稱為涂裝，如噴漆、刷漆等。2）沖擊鍍。用機械沖擊作用在工件表面形成涂覆層的過程，稱為沖擊鍍，如沖擊鍍鋅等。3）激光面表處理。用激光對工件表面照射，令其結構改變的過程，稱為激光表面處理，如激光淬火、激光重熔等。4）超硬膜技術。以物理或化學方法在工件表面制備超硬膜的技術，稱為超硬膜技術。如金剛石薄膜，立方氮化硼薄膜等。5）電泳及靜電噴涂。電泳的方法，是工件作為一個電極放入導電的水溶性或水乳化的涂料中，與涂料中另一電極構成解電路。在電場作用下，涂料溶液中已離解成帶電的樹脂離子，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。這些帶電荷的樹脂離子，連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件表面，形成涂層，這一過程稱為電泳。靜電噴涂是在直流高電壓電場作用，霧化的帶負電的油漆粒子定向飛往接正電的工件上，從而獲得漆膜的過程，稱為靜電噴涂。

四、發展前景

目前表面處理一些傳統方法，如堆焊、熱噴涂、電刷渡等工藝往往適應不了現代工業的需求。如一些對溫度特別敏感的金屬零部件，會使零件表面達到很高溫度，造成零件變形或產生裂紋，影響零件的尺寸精度和正常使用，嚴重時還會導致軸斷裂；電刷渡雖無熱影響，但渡層厚度不能太厚，污染嚴重，應用也受到了極大的限制。目前西方國家針對上述方法的弊端研制出高分子復合材料的現場表面處理方法，其中比較成熟的有福世藍技術體系。材料所具有的綜合性能及在任何時間內可機械加工的優越性，不但完全滿足修復后的使用要求及精度，還可以降低設備在運行中承受的沖擊震動，延長使用壽命。因材料是“變量”關系，當外力沖擊材料時，材料會變形吸收外力，并隨著軸承或其它部件的脹縮而脹縮，始終和部件保持緊配合，降低磨損的幾率，針對大型設備的磨損，也可采用“模具”或“配合部件”針對損壞的設備進行現場修復，避免設備的整體拆卸，還可以最大限度地保證部件配合尺寸，滿足設備的生產運行要求，延長設備的使用壽命，確保企業的安全連續生產。在國內表面處理的應用中，高分子復合材料也起到了越來越重要的作用。

參考文獻：

化學氣相沉積的概念范文第3篇

本文介紹了濺射鍍膜的基本原理和特點。根據現有設備，摸索出多種鍍膜的工藝參數，重點介紹了濺射鍍膜技術的實際應用。

2濺射設備

2.1濺射基本原理

鍍膜工藝在各行各業中已得到廣泛應用，在電鍍行業中有人稱為“干鍍”。在電子、光學領域人們常叫薄膜沉積技術或真空鍍膜技術。

真空鍍膜技術按其成膜的基本原理可以分為下列幾類：物理氣相沉積、化學氣相沉積和等離子體刻蝕等。其中物理氣相沉積包括熱蒸發、濺射、離子鍍和離子束。

濺射只是入射離子和靶材表面原子進行能量交換，使靶材原子獲得足夠能量脫離母材，并按相應的濺射方向飛躍出來。它與氣蝕概念無關。濺射的材料適應性廣：高熔點、介質、化合物、陶瓷和合金等材料均可作為靶材。濺射粒子的初始動能較大（1?10電子伏特），蒸發僅有0.1電子伏特，離化率高。也就是說：用荷能離子轟擊靶材，而使其表面原子從靶材逸出的過程。荷能離子--氬離子是由輝光放電形成的等離子體提供的。

濺射可分為二級、三極、四極和磁控。磁控濺射又分為直流源和交流源。

2.2磁控濺射技術

濺射技術經歷了一個漫長的發展過程，才達到了實用化程度。1970年后，才出現磁控濺射裝置，約1975年時有了商品。它使薄膜工藝發生了深刻變化，不但滿足薄膜工藝越來越復雜的要求，而且促成了新的薄膜工藝。我國1980年前后發展了磁控濺射技術，現已廣泛使用。

磁控濺射被稱為一種高速低溫的濺射技術，它本質上是磁控模式進行的二極濺射，它的發展是從強化放電理論出發的，事實上它既收到了提高濺射速率的效果，又達到了降低基片溫升的目的。

磁控濺射裝置是在直流二極濺射靶的內側加上固定的磁場，該磁場用恒磁體來實現。靶的背面有冷卻水套，靶的正面有屏蔽罩。

當靶上加上一個電壓時，電場E和磁場B相互垂直，此時電子的運動是以速度為Vt，旋轉半徑為Rg的螺旋運動，在空間的三維軌道為螺旋距變化的斜螺旋線。

平面磁控靶的電場和磁場相互正交排列，產生了強的聚焦力，作用在快速電子上，而產生的二次電子在封閉的軌道上作無窮無盡的擺線運動。“跑道”式的電子漂移或是跨躍跑道的電子振蕩都在陰極暗區外側產生了豐富的電離，等離子體的磁聚焦由于靜電聚焦作用得到了進一步增強。在陰極暗區邊緣產生了電離密集區。由于磁體成環狀腐蝕區，正離子很容易受到陰極壓降的作用而垂直入射轟擊在靶面上。

磁場的磁力線形成弧形的閉合磁路，起作用的僅有平行于靶面與電場E相垂直的Bx分量，由于各處Bx分量大小不等，使得“跑道”形狀腐蝕區中間的等離子體強度最大，從而離子流轟擊靶材粒子逸出最多，結果環狀中間腐蝕最深，邊緣最淺。所以經長期濺射的平面靶材出現一個環狀溝糟。

2.3濺射鍍膜的特點

(1)對濺射靶的面積以及形狀無限制，而且可以在大面積工件上獲得分布均勻的薄膜。

(2)濺射速率由濺射產額和靶的轟擊電流密度決定，通過控制工作電流即可控制濺射速率，從而方便地控制鍍膜厚度。

(3)靶的使用壽命長，濺射鍍膜設備適合長時間運行和自動化。因此，制造的膜層性能穩定、重復性好。

(4)由于靶是固體蒸發源，所以工件和靶的相對位置可以自由選擇，方便在不同工件上鍍膜。

(5)所采用的氣體多為氬氣、氮氣等，安全可靠無危險。

(6)可采用合金靶、復合靶和鑲嵌靶來制取滿足成分要求的合金膜。

(7)高熔點物質、介質和絕緣物質也容易成膜。

(8)濺射膜附著力良好。

以上特點，為濺射鍍膜廣泛使用提供了充分條件。

3濺射鍍膜工藝

設備是JCK-500型磁控濺射臺，靶為BF-250型平面矩形靶，磁體采用鍶鐵氧體（恒磁體），距靶面5毫米，磁場強度B大于400高斯。

為了濺射各種用途的“膜”，分別應用了Ta、Au、Ni、Ti、Cu、Ag、Al金屬作為靶材，由于該設備有四個靶，可裝四種不同材料的靶，因此可以在抽好真空時，一次完成四種金屬的濺射，這方便了各類復合膜的制作。由于有兩個氣體入口，若通入反應氣體可以制備各種化合物膜，例如鈦在氬、氮氣混合氣氛中制備出TiN膜；鋅在氬、氧混合氣氛中制備出ZnO膜；鋁在氬氧氣氛中制備出A1203膜等等。

常用濺射條件：

At氣量：0.01?0.001托

電壓：400?900伏特

電流：2?10安培

由于靶材不同，厚度不同，所以在靶上施加電壓時會呈現出不同的電壓電流曲線，就JCK一500型濺射臺的最佳濺射條件：電壓500?600伏特，電流4?6安培，Ar氣量（5-2)X0.01托，在工作中電壓應保持在500伏特以上，根據不同材料可以適當改變Ar氣量或電流大小.這樣濺射出的膜質優良，性能最佳。

由于設備工件架可以按一定速度轉動。保證了膜層的均勻性，長度方向20cm內，厚度差小于5%。

表1是對幾種靶材實驗時的工藝參數。

4濺射膜的作用

41制作微波集成電路

在微波集成電路中，導電材料主要作為傳輸線，互連線，電阻電容的電極，電感線圈等，在選材時需要考慮高頻特征、沉積工藝、附著強度、可焊性等問題。目前國內普遍使用鉻金或鎳鉻金制作微帶線，方法大多數采用真空蒸發獲得，但它與磁控濺射相比有許多缺點：生產數量不大、穩定性較差、可焊性差、附著力差。

為了克服上述蒸發工藝的一些缺點，可采用濺射的方法制作導電膜，經反復試驗可以選用Ti_Cu-Ni-Au或Ta-Cu-Ni-Au及Cr-Cu-Ni-Au等復合膜代替傳統的蒸發膜，并具有下述優點：

(1)可以在同一次真空中完成膜的制作，不需

要電鍍；

(2)由于Ni層的引入，大大提高了焊接性能，Ni的隔熱作用防止了Cu、Au相互擴張。電路表面，如金層被“吃掉”時，Ni同樣具有優良的焊接性能；(3)節約黃金，生產批量大，縮短了工時，使成本降低；(4)濺射膜比蒸發膜的附著力高。

4.2電阻、電容的制作

電阻、電容可以用濺射Ta的方法制作，做成微小型片電阻、電容，也稱無引線倒裝阻容元件或芯片阻容元件。如果需要也可與“MLC”做在同一基片上。電阻值在幾歐姆到幾兆歐范圍內，電容值一般在幾十微微法到幾百微微法內。

適當控制、改變工藝條件就能做出性能特別優異的電阻、電容，它適用于薄膜電路，厚薄膜混合電路，精密電阻網絡，如轉換器及溫度補償網絡，各類精密衰減器件中。

4.3其他方面的應用

濺射膜除用于電子電路外，還有許多用途，如光學、裝璜等方面。

(1)特種燈的聚光罩，用濺射鋁膜的方法可得到極高的反光指數，有很強的聚光作用，這樣的照明裝置可以照射幾十米外的距離。現已廣泛用于邊防前線.公安部門，還可用于文化藝術方面的舞場、舞廳、舞臺演出作布景用，從1985年起，每年生產若干萬件，生產量逐年增加，需求量越來越大。

(2)濺射鈦、如在氬、氮混合氣氛中進行，就能制備出TiN膜，能使模具、刀具的壽命提高5-10倍。表帶表殼仿金色。玩具、日用品、陶瓷等都可以做成金色、古銅色、銀色等等。

(3)各種用途的塑料制品，如需金屬化都可以用濺射的方法獲得。

塑料膜、紙張的金屬化可制成鋁箔、銀箔、錫箔，用于包裝與裝璜。

塑料膜作掩膜濺射導電金屬，可用于“電子薄膜式觸摸按鍵開關”。如BSM系列電腦皮帶秤面板上的功能操作鍵就是用這種方法。它省去了所有立體的開關、按鍵，在其它許多電子設備上也適用。

5彩電色度延遲線的光學玻璃、PZT壓電陶瓷的金屬化最初試驗時采用蒸發鉻金，常有脫落現象，特別是焊接問題不能過關，成為關鍵問題。經試驗，用復合膜可以滿足使用要求。由于使用賤金屬，大大降低了成本，便于民用產品的開發，現有設備對40X12(mm)的換能片一次可濺射240片，可作延遲線器件8000件，對于40X20(mm)的光學玻璃一次可濺射120片，可作器件4000件，現能大批量投入生產。

6各類傳感器的應用

雷達伺服傳動系統的碼盤，數控自動化機床采用的光電傳感器，用濺射方法很容易得到品質優良的器件。

另外難度比較大的，采用半導體集成工藝制成的包括變換器、敏感元件、放大電路、調整及補償電路在內的混合式集成傳感器，用于壓力，流量、液體、加速度、聲音和溫度等多種測量，由于集成化帶來小化，這在醫用傳感器上是特別重要的，例如ZnO薄膜是一種很重要的壓電材料。此外.在光電材料和敏感材料領域也占有重要地位，用反應派射出的ZnO膜是做氣敏元件的好材料，它可以測量酒精濃度、一氧化碳濃度等等。

總之，濺射膜幾乎可以取代傳統的蒸發膜，而且正廣泛深入應用到各科技領域和民用產品中去。

7結語

我國70年展起來的微波集成電路或稱薄膜電路，早已進入成熟應用階段。在微波儀表、通訊、雷達、導航、遙控、衛星等設備上大量采用。同時又從軍用向民用方向發展.取得了許多有價值的經濟成果柙技術成果.這是眾所周知的。現仍在繼續穩步深入發展：比如薄膜多層電路、單片微波集成電路的研制：由于厚膜電路工藝簡單、材料低廉、成本低,所以取代了部分薄膜電路，但隨著使用頻率提高，特別是毫米波、亞毫米波、厚膜電路是無法勝任的，因而薄膜電路是不可缺少的重要技術。繼續突破新的技術問題才是至關重要的。

當然在薄膜電路的深入發展中，濺射工藝將會起著特殊重要的作用。

化學氣相沉積的概念范文第4篇

【關鍵詞】材料化學；改革；探索

中圖分類號：G64　文獻標識碼：A　文章編號：1006-0278(2011)10-098-03

現代高科技的競爭在很大程度上依賴于人才的培養，因而社會對人才的綜合素質提出了更高的要求。培養專業知識面寬、實踐能力強、具備創新精神的高素質人才，是高等院校義不容辭的責任，是歷史賦予的使命。近年來，為了全面推進素質教育，提升大學生的社會競爭力，學院以教學為中心，不斷深化課程教學改革，創新教學體系，取得了顯著的成效。實踐表明，課程教學改革是一項圍繞人才培養目標而展開的系統工程，需要學校各方面的支持、配合以及全體師生的共同參與。筆者結合本校的課程教學改革實踐對《材料化學》課程進行了定位，并討論了該課程教學方法和內容的改革探索與實踐。

一、材料化學的定位

(一)材料化學的定義

材料化學是一門研究材料的制備、組成、結構、性質、應用及其相互關系的科學，它是材料科學的一個重要分支，又是核心內容。材料化學是一門新興的邊緣學科，是在學科的生長和發展中互相交叉、互相滲透下形成的，是作為基礎學科的化學更直接地介入到材料科學中的一個具體體現。因此，可以說《材料化學》課程是化學基礎課和材料學專業課程之間的一個重要橋梁。

為打破原有專業劃分的界限，在制定《材料化學》的教學內容時，必須進行以加強基礎、拓寬專業知識面和加強實踐訓練為主要目的的課程改革；在課程建設中，必須結合實際，明確了《材料化學》課程的定位：通過對這一課程的理論學習，使學生在掌握材料化學的基本原理基礎上，學習運用基礎化學理論解決實際問題。

(二)材料化學教材的選擇

材料化學學科的著眼點是培養創新型人才，而課程教學是實現高素質創新型人才培養的重要環節，它對全面加強學生知識、技能、能力、創新精神和綜合素質培養有著舉足輕重的作用。隨著現代科學技術的快速發展與知識的不斷更新，教材的選擇是關鍵點。自從2005年開設《材料化學》這門課程，我國出版的教材在質上發生了一些微妙的變化。最早的教材是1994年廈門大學丁馬太教授出版的《材料化學導論》，該教科書還被復旦大學、西北大學等采用，但內容相對比較陳舊。其后，北京師范大學李奇老師主編了《材料化學》，上海交通大學唐小真教授主編了《材料化學導論》以及南京師范大學周志華教授主編了《材料化學》等。直到2008年，中山大學曾兆華老師根據自己多年的教學經驗和實踐體會出版了《材料化學》教材，前半部分涉及材料的制備、結構、性能等材料化學的基本內容，后半部分則以金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料四大類材料為主線，對不同種類的材料進行介紹，其中涉及各種現代先進材料如高性能金屬材料、電子信息材料、納米材料、功能陶瓷、感光材料、生物醫用材料、航空航天材料、能源材料等，并敘述各種材料的性能和行為與其成分及內部組織結構之間的關系，這些內容與本課程以前的教學內容不謀而合。總之，教材是指引學生入門的工具，作為教師一定要把好教材關，找到適合自己學生的教材，方能做到事半功倍。

二、材料化學課程教學改革探索與實踐

雖然材料化學是一門理論性較強的專業基礎課程，但隨著材料科學的飛速發展，材料化學領域的研究成果逐漸得到應用。例如Motorola、保潔等公司每年都會招聘材料化學方向的人才到其研發中心進行新產品新工藝的開發。因此，從培養創新型人才角度來看，教學過程中應加強實踐性教學內容，增強材料化學理論知識與科研、生產實踐中的實際問題的聯系，從而提高學生綜合運用材料化學知識解決實際問題的能力，培養學生創新意識和創新能力。然而，由于受傳統教學方法的影響，其教學主要以教師、課堂、教材為申心教學模式。該模式過于依賴理論教學，由于材料化學綜合了材料學，普通化學等方面的內容，涉及的理論知識較為抽象，內容較為難懂，因此，單純地采取傳統教學模式，在授課過程中，教師很難將復雜的知識簡單化，把抽象的知識具體化，降低了學生對該課程的學習興趣。我們要培養創新型人才，就必須建立有利于培養創新型人才的教學體系，因此，進行材料化學課程的教學模式改革是十分必要的。

(一)教學方法與手段的改革探索與實踐

(1)采用循環式教學方法，加強理論與實際的聯系

科學地組織教學內容，采用循環式教學方法，使學生在學習理論知識的同時，加強能力的培養和訓練。在教學過程中，首先從生活或生產實際出發，讓學生了解一些材料的性能及應用知識，激發學生學習本課程的基本理論的興趣，再運用材料化學基本理論來解釋材料結構與功能之間的關系，凝煉出材料設計與制備的原理和方法，并以此原理和方法來設計和制各出有一定社會需求的新型材料。這種循環式教學方法既能提高學生的理論水平，又能培養學生解決實際問題的綜合能力。

2、實施三結合教學方式，營造生動活潑的教學氛圍

在教學中，我們采用自創三結合教學方式，即講解與討論相結合、講授與自學相結合、期末考試與平時小論文相結合。我們改革了傳統的“注入式”教學，建立了“啟發式”教學模式，采取“以學生為主體、教為引導”的方式，突出學生的學習主導地位。在教學過程中注意調動學生參與教學的積極_陛，隨時讓學生提出問題，然后大家共同討論，以此不斷提高他們分析問題的能力和對問題的理解、認知和表達能力。通過我們有意識地將講解與討論相結合，較大力度地變教師為主的傳統教學方式為教師與學生互動的教學形式。在教學過程中我們發現，最新的科研成果往往最能激發學生的興趣和開發學生的思維。因此在相應的章節教學中，我們會及時有效地插入一些最新的研究成果與數據，通過這種方式培養學生掌握學科最新發展動態和開拓知識的能力。

通過近幾年教學實踐表明，我們的教學方法在培養學生的新思維和新思路方面發揮了獨到的作用。通過三結合教學方式進一步鍛煉了學生解決問題的能力、表達能力、自學能力以及撰寫科技論文的能力，有利于學生綜合素質的提高。

3、豐富教學手段，提高學生的學習興趣

現代化教育技術的應用在很大程度上促進了教學手段的多元化，首先在參考其他學校相近課程課件的基礎上結合本課程的教學內容制作了《材料化學》電子課件。綜合運用圖片、動畫、文字等多種形式向學生提供豐富的感性材料，直觀而又形象地揭示事物的本質和內在聯系，有效地突破教學難點，提高課堂教學質量。例如在緒論部分，將材料科學發展的相關圖片做成課件在課堂上放映，使學生對本課程的發展、意義、主要內容有生動而深刻的印象；在納米材料章節中，一些納米材料的圖片能更形象、直觀，有效地幫助學生理解和掌握 知識點。此外，我們還充分利用flas直觀易理解的優勢，例如在材料的結構一章中，插入14種空間點陣結構模型，金屬晶體的3種典型堆積模型，晶體間隙的形成、缺陷和位錯的形成等：在材料的制各一章中，插入多個物理氣相沉積和化學氣相沉積裝置動畫；在無機非金屬材料一章中針對石英光纖的制各，插入了多幅動畫。在整個教學過程中，該課件產生了很好的教學效果極大地提高了學生的學習興趣。

另外，互聯網也是老師和學生、學生與學生之間交流的平臺，將主講教師的電子信箱告訴學生，學生可以給教師發電子郵件談學習、談思想，交流學習中存在的問題，以及學習、生活中的感受和困難，利用現代化的手段，拉近師生間以及學生之間的距離。

(二)教學內容改革探索與實踐

材料化學是從化學的角度研究材料的制備、組成、結構、性質及其應用的一門科學。它既是材料科學的一個重要分支，又是化學學科的一個組成部分，具有明顯的交叉學科、邊緣學科的性質，并且是材料科學的核心部分，具有明顯的應用理科性質，在理論和實踐上的重要性是不言而喻的。

1、優化課程結構

優化課程結構的重點在于突出理論知識的應用和實踐能力的培養，基礎理論教學以應用為目的，專業課教學強調針對性和實用性。在構建新的課程體系過程中一方面要規劃好專業的主干課程，另一方面以技術應用能力培養為主線，理順相關課程開課順序，加大實踐教學的比例，強化實踐性教學環節，實現理論教學和實踐教學并重。我院在課程設置上力求反映材料化學專業的培養目標、專業特點和培養要求，注意改變知識簡單任意拼湊、課程之間相互脫節的狀況，整個課程以通識教育課程、學科類基礎課程、專業必修課、選修課、跨學科任意選修課和實踐教學構成。選修課開設的原則是：有利于培養學生的一專多能、拓寬學生的知識面以及培養學生的實際工作能力和創新精神等。根據專業方向的不同，開設課程也有所區別。同時，結合專業特點，在課程體系中實施改革，增加人文教育內容，強化人文素質教育，促進專業教學質量的提高。

2、教學內容與特色學科建設相結合

材料化學以普通化學基礎和材料學理論為基礎，涉及的理論知識比較抽象，從學習的角度將，要求學生在學習過程中從宏觀的概念轉化到微觀。如從電子，原子、分子水平來理解材料的基本性能。因此，教學難度比較大，如果單純地采用單一的教學方式，會導致理論與試劑脫離，增加了教學難度，在一定程度上不利于培養學生對本課程的學習興趣。所以，在教學過程中，應該結合我院材料學科建設的特點，拓寬教材內容，結合我院材料學科的優勢和特色，在教學內容中融入我院金屬材料、無機納米材料的物理化學性能，以使學生更加容易接受，增強教學效果。同時結合材料的最新研究動態，理論聯系實際地將新興材料的最新進展向學生介紹，從而提高學生學習的興趣和實際應用能力。

3、教學內容體現材料化學專業人才的培養方案

針對材料化學課程特點，依托學科特色，圍繞培養和造就富有創新意識和能力的寬口徑、厚基礎、高素質、顯個性的人才培養理念并結合本專業現有的教學科研條件，對材料化學學課程進行了改革和探索。材料化學教學內容的選材要體現基礎寬、起點高、內容新、知識活的原則，強調從化學角度提出問題、分析問題、解決問題的方法和思路。教學內容應讓學生了解材料學科的概況和發展趨勢；了解材料制各過程中的化學現象和反應特征；了解所制得材料的形貌、物相和物理化學性質之間的關系：掌握材料制備過程中的化學原理與方法：了解材料的化學改性方法和新材料設計和開發的研究方法，同時也要培養學生的創新思維、創新意識、創新能力和創新精神。實踐證明，通過改革，學生的實踐能力、創新能力和綜合素質明顯得到提高。

(三)教師隊伍的建設

高校師資隊伍是學校發展的根本所在，是學科建設的重中之重。一所高水平大學必須擁有一支高水平的教師隊伍。師資是衡量大學水平的最重要的指標和要素。由于材料化學課程是介于材料學和化學之間的一門邊緣學科，所涉及面較廣。單純有純化學背景的教師或純材料學背景的教師上課，由于知識面的問題，會導致教師教的費勁，學生學得困難。對于材料化學課程教師隊伍應該持續充電，完善知識結構。要鼓勵材料材料化學課程教師積極對外交流，這樣有利于學科交叉和吸取其他高校的成功經驗，同時還要做到教學和科研相結合，緊跟材料科學研究的前沿。在教學過程中，教師要對教學內容進行延伸，不僅僅是單純地講述課本上的內容，這樣就使本來很單調的內容變得比較有趣，活躍了課堂氣氛，讓學生學到最新和最現代的知識和技術。因此，在材料化學課程教學改革探索與實踐中，必須加強高校師資隊伍建設。

化學氣相沉積的概念范文第5篇

第一節鋼的熱處理原理

熱處理的目的是改變鋼的內部組織結構，以改善鋼的性能，通過適當的熱處理可以顯著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結構重量、節省和能源，而且能夠提高機械產品質量、大幅度延長機器零件的使用壽命。

熱處理工藝分類：（根據熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下）

1、整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調質；

2、表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)等；

3、化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。

熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻

一、鋼在加熱時的轉變

加熱的目的：使鋼奧氏體化

（一）奧氏體（A）的形成

奧氏體晶核的形成以共析鋼為例A1點則Wc＝0.0218％（體心立方晶格F）Wc＝6.69％（復雜斜方滲碳體）當T上升到Ac1后Wc＝0.77％（面心立方的A）由此可見轉變過程中必須經過C和Fe原子的擴散，必須進行鐵原子的晶格改組，即發生相變，A在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。有兩個有利條件①此相界面上成分介于鐵素體和滲碳體之間②原子排列不規則，空位和位錯密度高。

圖1珠光體向奧氏體轉變示意圖

a)形核b)長大c)剩余滲碳體溶解d)奧氏體均勻化

（二）奧氏體晶粒的長大

奧氏體大小用奧氏體晶粒度來表示。分為00，0，1，2…10等十二個等級，其中常用的1～10級，4級以下為粗晶粒，5-8級為細晶粒，8級以上為超細晶粒。

影響A晶粒粗大因素

1、加熱溫度越高，保溫時間愈長，奧氏體晶粒越粗大。因此，合理選擇加熱和保溫時間。以保證獲得細小均勻的奧氏體組織。（930～950℃以下加熱，晶粒長大的傾向小，便于熱處理）

2、A中C含量上升則晶粒長大的傾向大。

二、鋼在冷卻時的轉變

生產中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續冷卻

（一）過冷奧氏體的等溫轉變

A在相變點A1以上是穩定相，冷卻至A1以下就成了不穩定相。

1、共析碳鋼奧氏體等溫轉變產物的組織和性能

圖2共析鋼過冷奧氏體等溫

轉變曲線的建立示意圖

1）高溫珠光體型轉變：A1～550℃

（1）珠光體（P）A1～650℃粗層狀約0.3μm<25HRC

（2）索氏體（S）650～600℃細層狀0.1～0.3μm，25～35HRC

（3）屈氏體（T）600～550℃極細層狀約0.1μm，35～40HRC

2）中溫貝氏體型轉變：550℃～Ms

（1）上貝氏體（B上）550～350℃羽毛狀40～45HRC脆性大，無使用價值

（2）下貝氏體（B下）350~Ms黑色針狀45～55HRC韌性好，綜合力學性能好

（3）低溫馬氏體型轉變：Ms～Mf當A被迅速過冷至Ms以下時，則發生馬氏體（M）轉變，主要形態是板條狀和片狀。（當Wc＜0.2％時，呈板條狀，當Wc＞1.0％呈針片狀，當Wc＝0.2％～1.0％時，呈針片狀和板條狀的混合物）

（二）過冷奧氏體的連續冷卻轉變

1．共析碳鋼過冷奧氏體連續冷卻轉變產物的組織和性能

（1）隨爐冷P170～220HBS（700～650℃）

（2）空冷S25～35HRC（650～600℃）

圖3共析碳鋼連續冷卻轉變曲線圖4應用等溫轉變曲線分析奧氏體在連續冷卻中的轉變

2．馬氏體轉變

當冷速>馬氏體臨界冷卻速度VK時，奧氏體發生M轉變，即碳溶于α—Fe中的過飽和固溶體，稱為M（馬氏體）。

1）轉變特點：M轉變是在一定溫度范圍內進行（Ms～Mf）,M轉變是在一個非擴散型轉變(碳、鐵原子不能擴散）,M轉變速度極快（大于Vk）,M轉變具有不完全性（少量的殘A）,M轉變只有α－Fe、γ－Fe的晶格轉變.

（2）M的組織形態

Wc（％）M形態σb/Mpaσs/MPaδ(%)Ak/JHRC

0.1-0.25板條狀1020－1530820－13309－1760－18030－50

0.77片狀2350204011066

(3)M的力學性能

①M的強度與硬度隨C的上升M的硬度、強度上升

②M的塑性與韌性：低碳板條狀M良好；板條狀M具有較高的強度、硬度和較好塑性和韌性相配合的綜合力學性能；針片狀M比板條M具有更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差。

圖5

第二節鋼的退火

1、概念：將鋼件加熱到適當溫度(Ac1以上或以下)，保持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態組織的熱處理工藝稱為退火。

2、目的：

（1）降低硬度，提高塑性，

（2）細化晶粒，消除組織缺陷

（3）消除內應力

（4）為淬火作好組織準備

3、類型：根據加熱溫度可分為在臨界溫度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結晶退火，包括完全退火、擴散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結晶退火及去應力退火。

（1）完全退火：

1）概念：將亞共析鋼（Wc＝0.3％～0.6％）加熱到AC3+（30～50）℃，完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、埋入砂、石灰中），以獲得接衡狀態的組織的熱處理工藝稱為完全退火。

2）目的：細化晶粒、均勻組織、消除內應力、降低硬度、改善切削加工性能。

3）工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過冷奧氏體在Ar1以下較主溫度范圍內轉變為珠光體。工件在退火溫度下的保溫時間不僅要使工件燒透，即工件心部達到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達到完全重結晶。完全退火保溫時間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關。實際生產時，為了提高生產率，退火冷卻至600℃左右即可出爐空冷。

4）適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。

（2）球化退火

1）概念：使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝稱為球化退火。

2）工藝：一般球化退火工藝Ac1+(10～20)℃隨爐冷至500～600℃空冷。

3）目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。

4）適用范圍：主要用于共析鋼、過共析鋼的刃具、量具、模具等。

（3）均勻化退火（擴散退火）

1）工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到Ac3以上150～100℃，保溫10～15h后緩慢冷卻以消除化學成分不均勻現象的熱處理工藝。

2）目的：消除結晶過程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時間長，會引起奧氏體晶粒嚴重粗化，因此一般還需要進行一次完全退火或正火，以細化晶粒、消除過熱缺陷。

3）適用范圍：主要用于質量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。

4）注意：高溫擴散退火生產周期長，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴重，成本很高。只是一些優質合金鋼及偏析較嚴重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來細化晶粒，消除鑄造應力。

（4）去應力退火

1)概念：為去除由于塑性變形加工、焊接等而造成的應力以及鑄件內存在的殘余應力而進行的退火稱為去應力退火。

2)工藝：將工件緩慢加熱到Ac1以下100～200℃（500～600℃）保溫一定時間（1～3h）后隨爐緩冷至200℃，再出爐冷卻。

鋼的一般在500～600℃；鑄鐵一般在500～550℃超過550℃容易造成珠光體的石墨化；焊接件一般為500～600℃。

3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機加工工件中的殘余應力，以穩定鋼件的尺寸，減少變形，防止開裂。

第三節鋼的正火

1、概念：將鋼件加熱到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保溫適當時間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。

2、目的：細化晶粒，均勻組織，調整硬度等。

3、組織：共析鋼P、亞共析鋼F+P、過共析鋼Fe3CⅡ＋P

4、工藝：正火保溫時間和完全退火相同，應以工件透燒，即心部達到要求的加熱溫度為準，還應考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對于大件也可采用吹風、噴霧和調節鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達到要求的組織和性能。

5、應用范圍：

1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時易于“粘刀”，通過正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細片狀P，使硬度提高，改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。

2）消除熱加工缺陷。中碳結構鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達到細化晶粒、均勻組織、消除內應力的目的。

3）消除過共析鋼的網狀碳化物，便于球化退火。過共析鋼在淬火之前要進行球化退火，以便于機械加工并為淬火作好組織準備。但當過共析鋼中存在嚴重網狀碳化物時，將達不到良好的球化效果。通過正火處理可以消除網狀碳化物。

4）提高普通結構零件的機械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達到一定的綜合力學性能，可以代替調質處理，作為零件的最終熱處理。

第四節鋼的淬火

1、定義：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時間。然后以適當速度冷卻獲得M或B組織的熱處理工藝。2、目的：顯著提高鋼的強度和硬度。

3、淬火溫度的選擇

1）碳鋼的淬火加熱溫度由Fe－Fe3C相圖來確定，其目的是為了①淬火后得到全部細小的M；②淬火后希望硬度高。

①亞共析鋼Ac3+(30～50)℃,可獲得細小的均勻的M，如溫度過高則有晶粒粗化現象，淬火后獲得粗大的M，使鋼的脆性增大；如溫度過低則淬火后M+F，有鐵素體出現，淬火硬度不足。

②共析鋼與過共析鋼Ac1+(30～50)℃，由于有高硬度的滲碳體和M存在，能保證得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過Accm將會使碳化物全部溶入A中，使A中的含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度和耐磨性；淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增大。

2）合金鋼

①對含有阻礙奧氏體晶粒長大的強碳化物形成元素（如Ti、Nb等），淬火溫度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，獲得較好的淬火效果.

②對含有促進奧氏體晶粒長大的元素（如Mn等），淬火加熱溫度應低一些，以防止晶粒粗大。

理想冷卻速度：650℃以上應當慢冷，以盡量降低淬火熱應力。650～400℃之間應當快速冷卻，以通過過冷奧氏體最不穩定的區域，避免發生珠光體或貝氏體轉變。400以下至Ms點附近應當緩以盡量減小馬氏體轉變時產生的組織應力。具有這種冷卻特性的冷卻介質可以保證在獲得M組織條件下減少淬火應力、避免工件產生變形或開裂。

4、淬火介質

淬火介質：鋼從奧氏體狀態冷至Ms點以下所用的冷卻介質。常用的有三種：

水：650～400℃范圍內冷卻速度較小，不超過200℃/s，但在需要慢冷的馬氏體轉變溫度區，其冷卻速度又太大，在340℃最大冷卻速度高達775℃/s，很容易引起工件變形和開裂。此外，水溫對水的冷卻特性影響很大，水溫升高，高溫區的冷卻速度顯著下降，而低溫區的冷卻速度仍然很高。因此淬火時水溫不應超過30℃，加強水循環和工件的攪動可以加速工件在高溫區的冷卻速度。水雖不是理想淬火介質，但卻適用于尺寸不大、形狀簡單的碳鋼工件淬火。

油：在650～550℃內冷卻較慢，不適用于碳鋼，300～200℃范圍內冷很慢，有利于淬火工件的組織應力，減少工件變形和開裂傾向。與水相反，提高油溫可以降低粘度，增加流動性，故可以提高高溫區的冷卻能力。但是油溫過高易著火，一般應控制在60～80℃。適用于對過冷奧氏體比較穩定的合金鋼。

水與油作為淬火介質各有優缺點，但均不是屬于理想的冷卻介質。水的冷卻能力很大，但冷卻特性不好；油冷卻特性較好，但其冷卻能力又低。由于水是價廉、容易獲得、性能穩定的淬火介質，因此目前世界各國都在發展有機水溶液作為淬火介質。美國應用濃度為15％聚乙烯醇、0.4％抗粘附劑、0.1％防泡劑的淬火介質，以及國內使用比較廣泛的新型淬火介質有過飽和硝鹽水溶液等。它們的共同特點是冷卻能力介于水、油之間，接近于理想淬火介質。主要用于貝氏體等溫淬火，馬氏體分級淬火，常用于處理形狀復雜、尺寸較小和變形要求嚴格的工件。

5、淬火方法（常用的淬火方法：單介質淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火）

1、單介質淬火

優點：操作簡單、易實現機械化、應用廣泛。

缺點：水中淬火變形與開裂傾向大；油中淬火冷卻速度小，淬透直徑小，大件無法淬透。

2、雙介質淬火

優點：減少熱應力與相變應力，從而減少變形、防止開裂。

缺點：工藝不易掌握，要求操作熟練。

適用于中等形狀復雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼工件。

3、局部淬火

為了避免工件其它部分產生變形或開裂，即可用局部淬火。

4、馬氏體分級淬火

優點：使過冷奧氏體在緩冷條件下轉變成馬氏體，從而減少變形。

缺點：只適用于尺寸較小的零件，否則淬火介質冷卻能力不足，溫度也難于控制。

5、馬氏體等溫度淬火優點：下貝氏體的硬度略低于馬氏體，但綜合力學性能較好，應用廣泛。

6、鋼的淬透性與淬硬性

（一）淬透性：決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性，即應該是全淬成馬氏體的深度。

1.影響淬透性因素

（1）鋼的化學成分。除Co以外的合金元素溶于奧氏體后，均能增加過冷奧氏體穩定性，降低馬氏體臨界冷卻速度，從而提高鋼的淬透性。

（2）奧氏體化條件。提高奧氏體的溫度，延長保溫時間，使奧氏體晶粒粗大，成分均勻，殘余滲碳體和碳化物的溶解徹底，使過冷奧氏體起穩定，使C曲線越向右移，馬氏體臨界冷卻速度就越小，則鋼的淬透性越好。

2.淬透性表示方法。常用臨界直徑大小來定理的比較不同鋼種的淬透性大小。臨界直徑是指鋼材在某種介質中淬冷后，心部得到全部馬氏體（或50％馬氏體）組織的最大直徑。用Dc表示。在同一冷卻介質中，鋼的臨界直徑越大，其淬透性越好；但同一鋼種在冷卻能力大的介質中，比冷卻能力小的介質中所得的臨界直徑要大些。

牌號臨界直徑/mm

淬水淬油

4513～16.55～9.5

20Cr12～196～12

3.淬透性的實用意義：

1）淬透——性能均勻一致

2）未淬透——韌性降低

（二）鋼的淬硬性：鋼在理想條件下進行淬火硬化所能達到的最高硬度的能力。

值得注意的：鋼的淬透性與淬硬性是兩個不同的概念。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高，而淬火后硬度低的鋼也可能是具有高的淬透性。

7、鋼的淬火缺陷及其防止措施

1.淬火工件的過熱和過燒

過熱：工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長造成奧氏體晶粒粗大的缺陷。

由于過熱不僅在淬火后得到粗大馬氏體組織，而且易于引起淬火裂紋，因此，淬火過熱的工件強度和韌性降低，易于產生脆性斷裂。輕微的過熱可用延長回火時間補救。嚴重的過熱則需進行一次細化晶粒退火，然后再重新淬火。

過燒：淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界局部熔化或者發生氧化的現象。

過燒是嚴重的加熱缺陷，工件一旦過燒無法補救，只能報廢。過燒的原因主要是設備失靈或操作不當造成的。高速鋼淬火溫度高容易過燒，火焰爐加熱局部溫度過高也容易造成過燒。

2.淬火加熱時的氧化和脫碳

淬火加熱時，鋼件與周圍加熱介質相互作用往往會產生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面光潔度降低，并嚴重影響淬火冷卻速度，進而使淬火工件出現軟點或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強度。因此，淬火加熱時，在獲得均勻化奧氏體時，必須注意防止氧化和脫碳現象。在空氣介質爐中加熱時，防止氧化和脫碳最簡單的方法是在爐子升溫加熱時向爐內加入無水分的木炭，以改變爐內氣氛，減少氧化和脫碳。此外，采用鹽爐加熱、用鑄鐵屑覆蓋工件表面，或是在工件表面熱涂硼酸等方法都可有效地防止或減少工件的氧化和脫碳。

3.淬火時形成的內應力

有兩種情況：①工作在加熱或冷卻時，引起的熱應力。

②由于熱處理過程中各部位冷速的差異引起的相變應力。

當兩力相復合超過鋼的屈服強度時，工件就變形；當復合力超過鋼的抗拉強度時，工件就開裂。

解決辦法：①工件在加熱爐中安放時，要盡量保證受熱均勻，防止加熱時變形；

②對形狀復雜或導熱性差的高合金鋼，應緩慢加熱或多次預熱，以減少加熱中產生的熱應力；

③選擇合適的淬火冷卻介質和淬火方法，以減少冷卻中熱應力和相變應力。

但淬火不是最終熱處理，為了消除淬火鋼的殘余內應力，得到不同強度、硬度和韌性配合的性能，需要配以不同溫度的回火。鋼淬火后再經回火，是為了使工件獲得良好的使用性能，以充發揮材料的潛力。所以淬火和回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。

第五節鋼的回火

1、定義：鋼件淬火后，再加熱到A1以下某一溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。

2、目的：

1）穩定組織，消除淬火應力

2）調整硬度、強度、塑性、韌性

3、淬火鋼在回火時組織的轉變

1）馬氏體的分解（＞100℃）

2）殘余奧氏體的轉變（200～300℃）

3）碳化物的轉變（250～450℃）

4）滲碳體的聚集長大和鐵素體再結晶（＞450℃）

4、鋼在回火時性能變化

1）回火方法：

（1）低溫回火（150～250℃），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強度和良好耐磨性，又適當提高了韌性。硬度為58～64HRC，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。

（2）中溫回火（350～500℃），組織為回火屈氏體，對于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當于回火的第三階段，此時碳化物開始聚集，基體開始回復，淬火應力基本消除。硬度為35～50HRC，具有高的彈性極限，有良好的塑性和韌性，主用于彈性件及模具處理。

（3）高溫回火（500～650℃），組織為回火索氏體，硬度為220～330HBS。淬火和隨后的高溫回火稱為調質處理，經調質處理后，鋼具有優良的綜合機械性能。因此，高溫回火主要適用于中碳結構鋼或低合金結構鋼，用來制作汽車、拖拉機、機床等承受較大載荷的結構零件，如曲軸、連桿、螺栓、機床主軸及齒輪等重要的機器零件。鋼經正火后和調質后的硬度很相近，但重要的結構件一般都要進行調質而不采用正火。在抗拉強度大致相同情況下，經調質后的屈服點、塑性和韌性指標均顯著超過正火，尤其塑性和韌性更為突出。

2）回火時間：一般為1～3h

3）回火冷卻：一般空冷。一些重要的機器和工模具，為了防止重新產生內應力和變形、開裂，通常都采用緩慢的冷卻方式。對于有高溫回火脆性的鋼件，回火后應進行油冷或水冷，以抑制回火脆性。

5、回火脆性

第一類回火脆性：300℃左右，無法消除，低溫回火脆性。產生這類回火脆性的原因，一般認為在此回火溫度范圍內碳化物以斷續的薄片沿馬氏體片或馬氏體條的界面析出，這樣硬而脆的薄片與馬氏體間結合較弱，降低了馬氏體晶界處強度，因而使沖擊韌性降低。

第二類回火脆性：400～500℃，，高溫回火脆性。產生這類原因是由于經高溫回火后緩冷通過脆化溫度區所產生的脆性。辦法：快冷；提高鋼的純潔度，減少有害元素的含量等。