化学气相沉积的概念

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇化学气相沉积的概念范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

化学气相沉积的概念范文第1篇

关键词：晶体硅薄膜；CulnSe2薄膜；商业化

中图分类号：TM914.42 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2015）05-117-02

近几年来，光伏市场发展极其迅速，1997年光伏组件的销售量达122Vw，比上年增加38%。世界主要几大公司宣称，近期光伏组件产量将会增加到263.5MW，其中薄膜太阳电池将达到91.5MW，占太阳电池总量的34.7%。快速发展的光伏市场导致许多太阳电池生产厂家力求扩大生产能力，开辟大容量的太阳电池生产线。但目前太阳电池用硅材料大部分来源于半导体硅材料的等外品和单晶硅的头尾料，不能满足光伏工业发展的需要。同时硅材料正是构成晶体硅太阳电池组件成本中很难降低的部分，因此为了适应太阳电池高效率、低成本、大规模生产化发展的要求，最有效的办法是不采用由硅原料、硅锭、硅片到太阳电池的工艺路线，而采用直接由原材料到太阳电他的工艺路线，即发展薄膜太阳电他的技术。

一、晶体硅薄膜太阳电池发展

晶体硅薄膜太阳电池，近年来在国外发展比较迅速。为了使晶体硅薄膜太阳电池达到商业化，努力将实验室结果推向市场，1988年制造出100cm2的薄膜太阳电池，其转换效率为8%。18个月后，其效率在同样面积下达到10.9%，3年半后12kw薄膜太阳电池系统投入市场。1994年底美国加利福尼亚区成功建立了17.1kW硅薄膜太阳电池方阵系统，这个系统电池是利用高温热分解喷涂法制备的。在薄膜电池上覆盖了一层抗反射层，硅薄膜晶粒为毫米级，具有宏观结构特性，减少了兰色和远红外光的响应。

1997年召开的26届IEEE PVSC，14届欧洲PVSEC和世界太阳能大会报道了Uvited Solar Systemn薄膜硅太阳电池，转换效率为16.6%，日本的Kanebo为9.8%，美国NREL提供的测试结果，USSA的Si/SiGe/SiGe薄膜电池，面积为903cm2，转换效率为10.2%，功率为9.2W。

我国晶体硅薄膜太阳电他的研究仍处于实验室阶段。1982年长春应用化学研究所韩桂林等人用CVD法，在系统中采用高频加热石墨，系统抽真空后通氖气以驱除残留气体，加热石墨至所需温度，随即通入混合气体，在1100℃-1250℃下，SiCl4被H2还原，硅沉积在衬底上。研究了多晶硅薄膜的生长规律并对膜的基本物理特性进行研究。1998年北京市太阳能研究所赵玉文等报道了以SiH2Cl2为原料气体，采用快速热化学气相沉积（RTCVD）工艺在石英反应器中沉积多晶硅薄膜。气源为H2和SiH2Cl2的混合物，石英管内配有石墨样品托架，采用程控光源将石墨样品托架加热到1200℃。试验所用衬底为重掺杂磷非活性单晶硅片或非硅质底材。在1030℃下薄膜生长速率为10nm/s，研究了薄膜生长特性，薄膜的微结构，并研制了多晶硅薄膜电池，电池结构为金属栅线/p+多晶硅膜/n多晶硅膜/n++C-硅/金属接触。采用扩硼形成p+层，结深约为1?m，电池面积为1cm2，AM1.5、100mV/cm2条件下，无减反射涂层，电池转换效率为4.54%，Jsc=14.3mA/cm2，Voc=0.460V，FF=0.67。

我国晶体硅薄膜太阳电池研究水平与国际水平相差较大，应加速发展。在廉价衬底上形成高质量的多晶硅薄膜，研究衬底与硅膜之间夹层，用以阻挡杂质向硅膜扩散，并研制出具有较高转换效率的多晶硅薄膜电池，在近期内使其转换效率能达到10%左右，为工业化生产作准备，以期成本能降低到$1/w左右。

二、国内CulnSe2薄膜太阳电池发展情况

我国的CulnSe2薄膜太阳电池研究始于80年代中期。内蒙古大学、南开大学、云南师范大学、中国科学院长春应用化学研究所等单位先后开展了这项研究。1986年长春应用化学研究所用喷涂法制备了C1S薄膜。薄膜具有黄铜矿结构，并制备了全喷涂C1S/CdS太阳电池，电池具有光伏效应。1990年内蒙古大学采用双源法，研制了pin CdS/CulnSe2薄膜太阳电池，经天津电源研究所测试，面积为0.9cm×0.9cm，效率为8.5%。南开大学采用蒸发硒化法制作CulnSe/C北薄膜太阳电池，面积为0.1cm2和lcm2的太阳电池，其效率分别达到7.62%和7.28%，5cm×5cm电他的平均效率为6.67%。

我国该技术仍处于实验室阶段，而且处于较低的水平，投入很少，进展缓慢。因此，急需加快研究和开发力度，加大对薄膜太阳电他的投入，尽快向工业化生产过渡，将薄膜太阳电池作为21世纪优先发展的高科技项目。近期内，对CulnSe2薄膜太阳电池的研制，通过控制Se、In、Cu三元素配比和蒸发速率，以获得重复性好、化学计量比符合要求，具有黄铜矿结构的硒钢铜薄膜，用化学成膜法制备致密和均匀的CdS薄膜，用溅射法制备ZnO薄膜。期望近期内，光伏转换效率能达到10%左右，为21世纪大规模发展Cu1nSe2薄膜太阳电池奠定基础。

三、薄膜光伏的商业化

在过去的几年，世界光伏市场以每年45%的增幅在快速发展，不断有新的公司进入市场，基于CIGS和CdTe的薄膜光伏市场化也取得了进展，并在很多领域广泛应用（包括屋顶计划和建筑物等）。2006年，整个世界范围内薄膜光伏的市场份额小于6%，然而在美国薄膜光伏的市场份额高达44%，这主要得益于位于奥尔良的First Solar和密歇根的United Solar，这2个公司在2006年取得长足进展。 中机院-专注于园区规划、产业研究、产业规划、城市发展规划、投融资服务

世界上很多薄膜光伏公司从事a-Si、CIGS和CdTe的商业化发展，美国也有很多致力于此的公司，在CIGS和CdTe研究方面取得的进展和技术进步足以支持其往兆瓦级的生产转化。在美国有16家公司从事非晶硅和薄硅的商业化进程，很显然，其中的领跑者为密歇根的Uni-Solar，其在2006年产能为60MW，而2007年的产能达到120MW。美国薄膜光伏的快速发展得益于美国国家再生能源实验室（NREL）在多结太阳电池技术上的成就；Applied Material则可提供单结非晶硅和纳米硅叠层太阳电池“交钥匙”工程，迄今为止，已在包括中国、印度、德国、西班牙等世界各地装机超过200MW。目前美国有15家公司采用不同的吸收层沉积技术开展CIGS业务，机会和挑战在这儿并存；同时有8个公司从事CdTe薄膜光伏的市场化运作。

目前世界上有5个公司致力于CIGS薄膜光伏的商业化生产，主要是德国的Wurth Solar、美国的Global Solar、日本本田、日本昭和壳牌和德国的Sulfurcell，其年产量介于5MW至27MW之间。同时有34家公司正在开发CIGS薄膜太阳电池生产技术，采用了约10种不同的吸收层沉积技术。在生产中，不论吸收层是采用共蒸发法还是两步法（如溅射后硒化），在所有技术路线中均采用溅射法制备Mo底电极以及溅射或化学气相沉积法制备ZnO薄膜。

参考文献：

[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.

化学气相沉积的概念范文第2篇

【关键词】表面处理；金属电镀

一、表面处理的概念

表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。 表面处理一般可包括前处理、电镀、涂装、化学氧化、热喷涂等众多物理化学方法。

二、涂装前表面处理

为了把物体表面所附着的各种异物（如油污、锈蚀、灰尘、旧漆 膜等）去除，提供适合于涂装要求的良好基底，以保证涂膜具有良好的防腐蚀性能、装饰性能及某些特种功能，在涂装之前必须对物体表面进行预处理。人们把进行这种处理所做的工作，统称为涂装前（表面）处理或（表面）预处理。

基体前处理的目的：一是增加涂层与基体的结合强度既加大附着力，二是增加涂层的功能如防腐蚀、防磨损及等特殊功能。常见的前处理方法主要有以下：

1.手工处理

如刮刀、钢丝刷或砂轮等。用手工可以除去工件表面的锈迹和氧化皮，但手工处理劳动强度大、生产效率低，质量差，清理不彻底。

2.化学处理

主要是利用酸性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，使其溶解在酸性或碱性的溶液中，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污，再利用尼龙制成的毛刷辊或304#不锈钢丝（耐酸碱溶液制成的钢丝刷辊）清扫干净便可达到目的。

3.机械处理

主要包括钢丝刷辊抛光法、抛丸法和喷丸法。抛光法也就是刷辊在电机的带动下，刷辊以与轧件运动相反的方向在板带的上下表面高速旋转刷去氧化铁皮。刷掉的氧化铁皮采用封闭循环冷却水冲洗系统冲掉。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件进行除锈清理的方法。

4.等离子处理

等离子表面处理器由等离子发生器，气体输送管路及等离子喷头等部分组成，等离子发生器产生高压高频能量在喷嘴钢管中被激活和被控制的辉光放电中产生低温等离子体，借助压缩空气将等离子喷向工件表面，当等离子体和被处理物体表面相遇时，产生了物体变化和化学反应。表面得到了清洁，去除了碳化氢类污物，如油脂，辅助添加剂等，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团（羟基、羧基），这些基团对各类涂敷材料具有促进其粘合的作用，在粘合和油漆应用时得到了优化。

三、常见的表面处理方法

目前金属的表面处理方法可以总结为以下的类型：、

1.电化学法

这种方法是利用电极反应，在工件表面形成镀层。其中主要的方法是：1）电镀。在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，使其表面形成镀层的过程，称为电镀。镀层可为金属、合金、半导体或含各类固体微粒，如镀铜、镀镍等。2）氧化。在电解质溶液中，工件为阳极，在外电流作用下，使其表面形成氧化膜层的过程，称为阳极氧化，如铝合金的阳极氧化。钢铁的氧化处理可用化学或电化学方法。化学方法是将工件放入氧化溶液中，依靠化学作用在工件表面形成氧化膜，如钢铁的发蓝处理。

2.化学方法

这种方法是无电流作用，利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀覆层。其中主要的方法是：1）化学转化膜处理。在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，由溶液中化学物质与工件相互作用从而在其表面形成镀层的过程，称为化学转化膜处理。如金属表面的发蓝、磷化、钝化、铬盐处理等。2）化学镀。在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。

3.热加工法

这种方法是在高温条件下令材料熔融或热扩散，在工件表面形成涂层。其主要方法是：1）热浸镀。金属工件放入熔融金属中，令其表面形成涂层的过程，称为热浸镀，如热镀锌、热镀铝等。2）热喷涂。将熔融金属雾化，喷涂于工件表面，形成涂层的过程，称为热喷涂，如热喷涂锌、热喷涂铝等。3）热烫印。将金属箔加温、加压覆盖于工件表面上，形成涂覆层的过程，称为热烫印，如热烫印铝箔等。4）化学热处理。工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程，称为化学热处理，如渗氮、渗碳等。5）堆焊。以焊接方式，令熔敷金属堆集于工件表面而形成焊层的过程，称为堆焊，如堆焊耐磨合金等。

4.真空法

这种方法是在高真空状态下令材料气化或离子化沉积于工件表面而形成镀层的过程。其主要方法是：1）物理气相沉积（PVD）。在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离子化成离子，直接沉积到工件表面，形成涂层的过程，称为物理气相沉积，其沉积粒子束来源于非化学因素，如蒸发镀溅射镀、离子镀等。2）离子注入。高电压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，称为离子注入，如注硼等。3）化学气相沉积（CVD）。低压（有时也在常压）下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态沉积层的过程，称为化学气相镀，如气相沉积氧化硅、氮化硅等。

5.其它方法

主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。其中的主要方法是：1）涂装。闲喷涂或刷涂方法，将涂料（有机或无机）涂覆于工件表面而形成涂层的过程，称为涂装，如喷漆、刷漆等。2）冲击镀。用机械冲击作用在工件表面形成涂覆层的过程，称为冲击镀，如冲击镀锌等。3）激光面表处理。用激光对工件表面照射，令其结构改变的过程，称为激光表面处理，如激光淬火、激光重熔等。4）超硬膜技术。以物理或化学方法在工件表面制备超硬膜的技术，称为超硬膜技术。如金刚石薄膜，立方氮化硼薄膜等。5）电泳及静电喷涂。电泳的方法，是工件作为一个电极放入导电的水溶性或水乳化的涂料中，与涂料中另一电极构成解电路。在电场作用下，涂料溶液中已离解成带电的树脂离子，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。这些带电荷的树脂离子，连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面，形成涂层，这一过程称为电泳。静电喷涂是在直流高电压电场作用，雾化的带负电的油漆粒子定向飞往接正电的工件上，从而获得漆膜的过程，称为静电喷涂。

四、发展前景

目前表面处理一些传统方法，如堆焊、热喷涂、电刷渡等工艺往往适应不了现代工业的需求。如一些对温度特别敏感的金属零部件，会使零件表面达到很高温度，造成零件变形或产生裂纹，影响零件的尺寸精度和正常使用，严重时还会导致轴断裂；电刷渡虽无热影响，但渡层厚度不能太厚，污染严重，应用也受到了极大的限制。目前西方国家针对上述方法的弊端研制出高分子复合材料的现场表面处理方法，其中比较成熟的有福世蓝技术体系。材料所具有的综合性能及在任何时间内可机械加工的优越性，不但完全满足修复后的使用要求及精度，还可以降低设备在运行中承受的冲击震动，延长使用寿命。因材料是“变量”关系，当外力冲击材料时，材料会变形吸收外力，并随着轴承或其它部件的胀缩而胀缩，始终和部件保持紧配合，降低磨损的几率，针对大型设备的磨损，也可采用“模具”或“配合部件”针对损坏的设备进行现场修复，避免设备的整体拆卸，还可以最大限度地保证部件配合尺寸，满足设备的生产运行要求，延长设备的使用寿命，确保企业的安全连续生产。在国内表面处理的应用中，高分子复合材料也起到了越来越重要的作用。

参考文献：

化学气相沉积的概念范文第3篇

本文介绍了溅射镀膜的基本原理和特点。根据现有设备，摸索出多种镀膜的工艺参数，重点介绍了溅射镀膜技术的实际应用。

2溅射设备

2.1溅射基本原理

镀膜工艺在各行各业中已得到广泛应用，在电镀行业中有人称为“干镀”。在电子、光学领域人们常叫薄膜沉积技术或真空镀膜技术。

真空镀膜技术按其成膜的基本原理可以分为下列几类：物理气相沉积、化学气相沉积和等离子体刻蚀等。其中物理气相沉积包括热蒸发、溅射、离子镀和离子束。

溅射只是入射离子和靶材表面原子进行能量交换，使靶材原子获得足够能量脱离母材，并按相应的溅射方向飞跃出来。它与气蚀概念无关。溅射的材料适应性广：高熔点、介质、化合物、陶瓷和合金等材料均可作为靶材。溅射粒子的初始动能较大（1?10电子伏特），蒸发仅有0.1电子伏特，离化率高。也就是说：用荷能离子轰击靶材，而使其表面原子从靶材逸出的过程。荷能离子--氩离子是由辉光放电形成的等离子体提供的。

溅射可分为二级、三极、四极和磁控。磁控溅射又分为直流源和交流源。

2.2磁控溅射技术

溅射技术经历了一个漫长的发展过程，才达到了实用化程度。1970年后，才出现磁控溅射装置，约1975年时有了商品。它使薄膜工艺发生了深刻变化，不但满足薄膜工艺越来越复杂的要求，而且促成了新的薄膜工艺。我国1980年前后发展了磁控溅射技术，现已广泛使用。

磁控溅射被称为一种高速低温的溅射技术，它本质上是磁控模式进行的二极溅射，它的发展是从强化放电理论出发的，事实上它既收到了提高溅射速率的效果，又达到了降低基片温升的目的。

磁控溅射装置是在直流二极溅射靶的内侧加上固定的磁场，该磁场用恒磁体来实现。靶的背面有冷却水套，靶的正面有屏蔽罩。

当靶上加上一个电压时，电场E和磁场B相互垂直，此时电子的运动是以速度为Vt，旋转半径为Rg的螺旋运动，在空间的三维轨道为螺旋距变化的斜螺旋线。

平面磁控靶的电场和磁场相互正交排列，产生了强的聚焦力，作用在快速电子上，而产生的二次电子在封闭的轨道上作无穷无尽的摆线运动。“跑道”式的电子漂移或是跨跃跑道的电子振荡都在阴极暗区外侧产生了丰富的电离，等离子体的磁聚焦由于静电聚焦作用得到了进一步增强。在阴极暗区边缘产生了电离密集区。由于磁体成环状腐蚀区，正离子很容易受到阴极压降的作用而垂直入射轰击在靶面上。

磁场的磁力线形成弧形的闭合磁路，起作用的仅有平行于靶面与电场E相垂直的Bx分量，由于各处Bx分量大小不等，使得“跑道”形状腐蚀区中间的等离子体强度最大，从而离子流轰击靶材粒子逸出最多，结果环状中间腐蚀最深，边缘最浅。所以经长期溅射的平面靶材出现一个环状沟糟。

2.3溅射镀膜的特点

(1)对溅射靶的面积以及形状无限制，而且可以在大面积工件上获得分布均匀的薄膜。

(2)溅射速率由溅射产额和靶的轰击电流密度决定，通过控制工作电流即可控制溅射速率，从而方便地控制镀膜厚度。

(3)靶的使用寿命长，溅射镀膜设备适合长时间运行和自动化。因此，制造的膜层性能稳定、重复性好。

(4)由于靶是固体蒸发源，所以工件和靶的相对位置可以自由选择，方便在不同工件上镀膜。

(5)所采用的气体多为氩气、氮气等，安全可靠无危险。

(6)可采用合金靶、复合靶和镶嵌靶来制取满足成分要求的合金膜。

(7)高熔点物质、介质和绝缘物质也容易成膜。

(8)溅射膜附着力良好。

以上特点，为溅射镀膜广泛使用提供了充分条件。

3溅射镀膜工艺

设备是JCK-500型磁控溅射台，靶为BF-250型平面矩形靶，磁体采用锶铁氧体（恒磁体），距靶面5毫米，磁场强度B大于400高斯。

为了溅射各种用途的“膜”，分别应用了Ta、Au、Ni、Ti、Cu、Ag、Al金属作为靶材，由于该设备有四个靶，可装四种不同材料的靶，因此可以在抽好真空时，一次完成四种金属的溅射，这方便了各类复合膜的制作。由于有两个气体入口，若通入反应气体可以制备各种化合物膜，例如钛在氩、氮气混合气氛中制备出TiN膜；锌在氩、氧混合气氛中制备出ZnO膜；铝在氩氧气氛中制备出A1203膜等等。

常用溅射条件：

At气量：0.01?0.001托

电压：400?900伏特

电流：2?10安培

由于靶材不同，厚度不同，所以在靶上施加电压时会呈现出不同的电压电流曲线，就JCK一500型溅射台的最佳溅射条件：电压500?600伏特，电流4?6安培，Ar气量（5-2)X0.01托，在工作中电压应保持在500伏特以上，根据不同材料可以适当改变Ar气量或电流大小.这样溅射出的膜质优良，性能最佳。

由于设备工件架可以按一定速度转动。保证了膜层的均匀性，长度方向20cm内，厚度差小于5%。

表1是对几种靶材实验时的工艺参数。

4溅射膜的作用

41制作微波集成电路

在微波集成电路中，导电材料主要作为传输线，互连线，电阻电容的电极，电感线圈等，在选材时需要考虑高频特征、沉积工艺、附着强度、可焊性等问题。目前国内普遍使用铬金或镍铬金制作微带线，方法大多数采用真空蒸发获得，但它与磁控溅射相比有许多缺点：生产数量不大、稳定性较差、可焊性差、附着力差。

为了克服上述蒸发工艺的一些缺点，可采用溅射的方法制作导电膜，经反复试验可以选用Ti_Cu-Ni-Au或Ta-Cu-Ni-Au及Cr-Cu-Ni-Au等复合膜代替传统的蒸发膜，并具有下述优点：

(1)可以在同一次真空中完成膜的制作，不需

要电镀；

(2)由于Ni层的引入，大大提高了焊接性能，Ni的隔热作用防止了Cu、Au相互扩张。电路表面，如金层被“吃掉”时，Ni同样具有优良的焊接性能；(3)节约黄金，生产批量大，缩短了工时，使成本降低；(4)溅射膜比蒸发膜的附着力高。

4.2电阻、电容的制作

电阻、电容可以用溅射Ta的方法制作，做成微小型片电阻、电容，也称无引线倒装阻容元件或芯片阻容元件。如果需要也可与“MLC”做在同一基片上。电阻值在几欧姆到几兆欧范围内，电容值一般在几十微微法到几百微微法内。

适当控制、改变工艺条件就能做出性能特别优异的电阻、电容，它适用于薄膜电路，厚薄膜混合电路，精密电阻网络，如转换器及温度补偿网络，各类精密衰减器件中。

4.3其他方面的应用

溅射膜除用于电子电路外，还有许多用途，如光学、装璜等方面。

(1)特种灯的聚光罩，用溅射铝膜的方法可得到极高的反光指数，有很强的聚光作用，这样的照明装置可以照射几十米外的距离。现已广泛用于边防前线.公安部门，还可用于文化艺术方面的舞场、舞厅、舞台演出作布景用，从1985年起，每年生产若干万件，生产量逐年增加，需求量越来越大。

(2)溅射钛、如在氩、氮混合气氛中进行，就能制备出TiN膜，能使模具、刀具的寿命提高5-10倍。表带表壳仿金色。玩具、日用品、陶瓷等都可以做成金色、古铜色、银色等等。

(3)各种用途的塑料制品，如需金属化都可以用溅射的方法获得。

塑料膜、纸张的金属化可制成铝箔、银箔、锡箔，用于包装与装璜。

塑料膜作掩膜溅射导电金属，可用于“电子薄膜式触摸按键开关”。如BSM系列电脑皮带秤面板上的功能操作键就是用这种方法。它省去了所有立体的开关、按键，在其它许多电子设备上也适用。

5彩电色度延迟线的光学玻璃、PZT压电陶瓷的金属化最初试验时采用蒸发铬金，常有脱落现象，特别是焊接问题不能过关，成为关键问题。经试验，用复合膜可以满足使用要求。由于使用贱金属，大大降低了成本，便于民用产品的开发，现有设备对40X12(mm)的换能片一次可溅射240片，可作延迟线器件8000件，对于40X20(mm)的光学玻璃一次可溅射120片，可作器件4000件，现能大批量投入生产。

6各类传感器的应用

雷达伺服传动系统的码盘，数控自动化机床采用的光电传感器，用溅射方法很容易得到品质优良的器件。

另外难度比较大的，采用半导体集成工艺制成的包括变换器、敏感元件、放大电路、调整及补偿电路在内的混合式集成传感器，用于压力，流量、液体、加速度、声音和温度等多种测量，由于集成化带来小化，这在医用传感器上是特别重要的，例如ZnO薄膜是一种很重要的压电材料。此外.在光电材料和敏感材料领域也占有重要地位，用反应派射出的ZnO膜是做气敏元件的好材料，它可以测量酒精浓度、一氧化碳浓度等等。

总之，溅射膜几乎可以取代传统的蒸发膜，而且正广泛深入应用到各科技领域和民用产品中去。

7结语

我国70年展起来的微波集成电路或称薄膜电路，早已进入成熟应用阶段。在微波仪表、通讯、雷达、导航、遥控、卫星等设备上大量采用。同时又从军用向民用方向发展.取得了许多有价值的经济成果柙技术成果.这是众所周知的。现仍在继续稳步深入发展：比如薄膜多层电路、单片微波集成电路的研制：由于厚膜电路工艺简单、材料低廉、成本低,所以取代了部分薄膜电路，但随着使用频率提高，特别是毫米波、亚毫米波、厚膜电路是无法胜任的，因而薄膜电路是不可缺少的重要技术。继续突破新的技术问题才是至关重要的。

当然在薄膜电路的深入发展中，溅射工艺将会起着特殊重要的作用。

化学气相沉积的概念范文第4篇

【关键词】材料化学；改革；探索

中图分类号：G64　文献标识码：A　文章编号：1006-0278(2011)10-098-03

现代高科技的竞争在很大程度上依赖于人才的培养，因而社会对人才的综合素质提出了更高的要求。培养专业知识面宽、实践能力强、具备创新精神的高素质人才，是高等院校义不容辞的责任，是历史赋予的使命。近年来，为了全面推进素质教育，提升大学生的社会竞争力，学院以教学为中心，不断深化课程教学改革，创新教学体系，取得了显著的成效。实践表明，课程教学改革是一项围绕人才培养目标而展开的系统工程，需要学校各方面的支持、配合以及全体师生的共同参与。笔者结合本校的课程教学改革实践对《材料化学》课程进行了定位，并讨论了该课程教学方法和内容的改革探索与实践。

一、材料化学的定位

(一)材料化学的定义

材料化学是一门研究材料的制备、组成、结构、性质、应用及其相互关系的科学，它是材料科学的一个重要分支，又是核心内容。材料化学是一门新兴的边缘学科，是在学科的生长和发展中互相交叉、互相渗透下形成的，是作为基础学科的化学更直接地介入到材料科学中的一个具体体现。因此，可以说《材料化学》课程是化学基础课和材料学专业课程之间的一个重要桥梁。

为打破原有专业划分的界限，在制定《材料化学》的教学内容时，必须进行以加强基础、拓宽专业知识面和加强实践训练为主要目的的课程改革；在课程建设中，必须结合实际，明确了《材料化学》课程的定位：通过对这一课程的理论学习，使学生在掌握材料化学的基本原理基础上，学习运用基础化学理论解决实际问题。

(二)材料化学教材的选择

材料化学学科的着眼点是培养创新型人才，而课程教学是实现高素质创新型人才培养的重要环节，它对全面加强学生知识、技能、能力、创新精神和综合素质培养有着举足轻重的作用。随着现代科学技术的快速发展与知识的不断更新，教材的选择是关键点。自从2005年开设《材料化学》这门课程，我国出版的教材在质上发生了一些微妙的变化。最早的教材是1994年厦门大学丁马太教授出版的《材料化学导论》，该教科书还被复旦大学、西北大学等采用，但内容相对比较陈旧。其后，北京师范大学李奇老师主编了《材料化学》，上海交通大学唐小真教授主编了《材料化学导论》以及南京师范大学周志华教授主编了《材料化学》等。直到2008年，中山大学曾兆华老师根据自己多年的教学经验和实践体会出版了《材料化学》教材，前半部分涉及材料的制备、结构、性能等材料化学的基本内容，后半部分则以金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类材料为主线，对不同种类的材料进行介绍，其中涉及各种现代先进材料如高性能金属材料、电子信息材料、纳米材料、功能陶瓷、感光材料、生物医用材料、航空航天材料、能源材料等，并叙述各种材料的性能和行为与其成分及内部组织结构之间的关系，这些内容与本课程以前的教学内容不谋而合。总之，教材是指引学生入门的工具，作为教师一定要把好教材关，找到适合自己学生的教材，方能做到事半功倍。

二、材料化学课程教学改革探索与实践

虽然材料化学是一门理论性较强的专业基础课程，但随着材料科学的飞速发展，材料化学领域的研究成果逐渐得到应用。例如Motorola、保洁等公司每年都会招聘材料化学方向的人才到其研发中心进行新产品新工艺的开发。因此，从培养创新型人才角度来看，教学过程中应加强实践性教学内容，增强材料化学理论知识与科研、生产实践中的实际问题的联系，从而提高学生综合运用材料化学知识解决实际问题的能力，培养学生创新意识和创新能力。然而，由于受传统教学方法的影响，其教学主要以教师、课堂、教材为申心教学模式。该模式过于依赖理论教学，由于材料化学综合了材料学，普通化学等方面的内容，涉及的理论知识较为抽象，内容较为难懂，因此，单纯地采取传统教学模式，在授课过程中，教师很难将复杂的知识简单化，把抽象的知识具体化，降低了学生对该课程的学习兴趣。我们要培养创新型人才，就必须建立有利于培养创新型人才的教学体系，因此，进行材料化学课程的教学模式改革是十分必要的。

(一)教学方法与手段的改革探索与实践

(1)采用循环式教学方法，加强理论与实际的联系

科学地组织教学内容，采用循环式教学方法，使学生在学习理论知识的同时，加强能力的培养和训练。在教学过程中，首先从生活或生产实际出发，让学生了解一些材料的性能及应用知识，激发学生学习本课程的基本理论的兴趣，再运用材料化学基本理论来解释材料结构与功能之间的关系，凝炼出材料设计与制备的原理和方法，并以此原理和方法来设计和制各出有一定社会需求的新型材料。这种循环式教学方法既能提高学生的理论水平，又能培养学生解决实际问题的综合能力。

2、实施三结合教学方式，营造生动活泼的教学氛围

在教学中，我们采用自创三结合教学方式，即讲解与讨论相结合、讲授与自学相结合、期末考试与平时小论文相结合。我们改革了传统的“注入式”教学，建立了“启发式”教学模式，采取“以学生为主体、教为引导”的方式，突出学生的学习主导地位。在教学过程中注意调动学生参与教学的积极_陛，随时让学生提出问题，然后大家共同讨论，以此不断提高他们分析问题的能力和对问题的理解、认知和表达能力。通过我们有意识地将讲解与讨论相结合，较大力度地变教师为主的传统教学方式为教师与学生互动的教学形式。在教学过程中我们发现，最新的科研成果往往最能激发学生的兴趣和开发学生的思维。因此在相应的章节教学中，我们会及时有效地插入一些最新的研究成果与数据，通过这种方式培养学生掌握学科最新发展动态和开拓知识的能力。

通过近几年教学实践表明，我们的教学方法在培养学生的新思维和新思路方面发挥了独到的作用。通过三结合教学方式进一步锻炼了学生解决问题的能力、表达能力、自学能力以及撰写科技论文的能力，有利于学生综合素质的提高。

3、丰富教学手段，提高学生的学习兴趣

现代化教育技术的应用在很大程度上促进了教学手段的多元化，首先在参考其他学校相近课程课件的基础上结合本课程的教学内容制作了《材料化学》电子课件。综合运用图片、动画、文字等多种形式向学生提供丰富的感性材料，直观而又形象地揭示事物的本质和内在联系，有效地突破教学难点，提高课堂教学质量。例如在绪论部分，将材料科学发展的相关图片做成课件在课堂上放映，使学生对本课程的发展、意义、主要内容有生动而深刻的印象；在纳米材料章节中，一些纳米材料的图片能更形象、直观，有效地帮助学生理解和掌握 知识点。此外，我们还充分利用flas直观易理解的优势，例如在材料的结构一章中，插入14种空间点阵结构模型，金属晶体的3种典型堆积模型，晶体间隙的形成、缺陷和位错的形成等：在材料的制各一章中，插入多个物理气相沉积和化学气相沉积装置动画；在无机非金属材料一章中针对石英光纤的制各，插入了多幅动画。在整个教学过程中，该课件产生了很好的教学效果极大地提高了学生的学习兴趣。

另外，互联网也是老师和学生、学生与学生之间交流的平台，将主讲教师的电子信箱告诉学生，学生可以给教师发电子邮件谈学习、谈思想，交流学习中存在的问题，以及学习、生活中的感受和困难，利用现代化的手段，拉近师生间以及学生之间的距离。

(二)教学内容改革探索与实践

材料化学是从化学的角度研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的一门科学。它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科、边缘学科的性质，并且是材料科学的核心部分，具有明显的应用理科性质，在理论和实践上的重要性是不言而喻的。

1、优化课程结构

优化课程结构的重点在于突出理论知识的应用和实践能力的培养，基础理论教学以应用为目的，专业课教学强调针对性和实用性。在构建新的课程体系过程中一方面要规划好专业的主干课程，另一方面以技术应用能力培养为主线，理顺相关课程开课顺序，加大实践教学的比例，强化实践性教学环节，实现理论教学和实践教学并重。我院在课程设置上力求反映材料化学专业的培养目标、专业特点和培养要求，注意改变知识简单任意拼凑、课程之间相互脱节的状况，整个课程以通识教育课程、学科类基础课程、专业必修课、选修课、跨学科任意选修课和实践教学构成。选修课开设的原则是：有利于培养学生的一专多能、拓宽学生的知识面以及培养学生的实际工作能力和创新精神等。根据专业方向的不同，开设课程也有所区别。同时，结合专业特点，在课程体系中实施改革，增加人文教育内容，强化人文素质教育，促进专业教学质量的提高。

2、教学内容与特色学科建设相结合

材料化学以普通化学基础和材料学理论为基础，涉及的理论知识比较抽象，从学习的角度将，要求学生在学习过程中从宏观的概念转化到微观。如从电子，原子、分子水平来理解材料的基本性能。因此，教学难度比较大，如果单纯地采用单一的教学方式，会导致理论与试剂脱离，增加了教学难度，在一定程度上不利于培养学生对本课程的学习兴趣。所以，在教学过程中，应该结合我院材料学科建设的特点，拓宽教材内容，结合我院材料学科的优势和特色，在教学内容中融入我院金属材料、无机纳米材料的物理化学性能，以使学生更加容易接受，增强教学效果。同时结合材料的最新研究动态，理论联系实际地将新兴材料的最新进展向学生介绍，从而提高学生学习的兴趣和实际应用能力。

3、教学内容体现材料化学专业人才的培养方案

针对材料化学课程特点，依托学科特色，围绕培养和造就富有创新意识和能力的宽口径、厚基础、高素质、显个性的人才培养理念并结合本专业现有的教学科研条件，对材料化学学课程进行了改革和探索。材料化学教学内容的选材要体现基础宽、起点高、内容新、知识活的原则，强调从化学角度提出问题、分析问题、解决问题的方法和思路。教学内容应让学生了解材料学科的概况和发展趋势；了解材料制各过程中的化学现象和反应特征；了解所制得材料的形貌、物相和物理化学性质之间的关系：掌握材料制备过程中的化学原理与方法：了解材料的化学改性方法和新材料设计和开发的研究方法，同时也要培养学生的创新思维、创新意识、创新能力和创新精神。实践证明，通过改革，学生的实践能力、创新能力和综合素质明显得到提高。

(三)教师队伍的建设

高校师资队伍是学校发展的根本所在，是学科建设的重中之重。一所高水平大学必须拥有一支高水平的教师队伍。师资是衡量大学水平的最重要的指标和要素。由于材料化学课程是介于材料学和化学之间的一门边缘学科，所涉及面较广。单纯有纯化学背景的教师或纯材料学背景的教师上课，由于知识面的问题，会导致教师教的费劲，学生学得困难。对于材料化学课程教师队伍应该持续充电，完善知识结构。要鼓励材料材料化学课程教师积极对外交流，这样有利于学科交叉和吸取其他高校的成功经验，同时还要做到教学和科研相结合，紧跟材料科学研究的前沿。在教学过程中，教师要对教学内容进行延伸，不仅仅是单纯地讲述课本上的内容，这样就使本来很单调的内容变得比较有趣，活跃了课堂气氛，让学生学到最新和最现代的知识和技术。因此，在材料化学课程教学改革探索与实践中，必须加强高校师资队伍建设。

化学气相沉积的概念范文第5篇

第一节钢的热处理原理

热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）

1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；

2、表面热处理：包括表面淬火、物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等；

3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

热处理的三阶段：加热、保温、冷却

一、钢在加热时的转变

加热的目的：使钢奥氏体化

（一）奥氏体（A）的形成

奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则Wc＝0.0218％（体心立方晶格F）Wc＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T上升到Ac1后Wc＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。

图1珠光体向奥氏体转变示意图

a)形核b)长大c)剩余渗碳体溶解d)奥氏体均匀化

（二）奥氏体晶粒的长大

奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1～10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

影响A晶粒粗大因素

1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理）

2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。

二、钢在冷却时的转变

生产中采用的冷却方式有：等温冷却和连续冷却

（一）过冷奥氏体的等温转变

A在相变点A1以上是稳定相，冷却至A1以下就成了不稳定相。

1、共析碳钢奥氏体等温转变产物的组织和性能

图2共析钢过冷奥氏体等温

转变曲线的建立示意图

1）高温珠光体型转变：A1～550℃

（1）珠光体（P）A1～650℃粗层状约0.3μm<25HRC

（2）索氏体（S）650～600℃细层状0.1～0.3μm，25～35HRC

（3）屈氏体（T）600～550℃极细层状约0.1μm，35～40HRC

2）中温贝氏体型转变：550℃～Ms

（1）上贝氏体（B上）550～350℃羽毛状40～45HRC脆性大，无使用价值

（2）下贝氏体（B下）350~Ms黑色针状45～55HRC韧性好，综合力学性能好

（3）低温马氏体型转变：Ms～Mf当A被迅速过冷至Ms以下时，则发生马氏体（M）转变，主要形态是板条状和片状。（当Wc＜0.2％时，呈板条状，当Wc＞1.0％呈针片状，当Wc＝0.2％～1.0％时，呈针片状和板条状的混合物）

（二）过冷奥氏体的连续冷却转变

1．共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和性能

（1）随炉冷P170～220HBS（700～650℃）

（2）空冷S25～35HRC（650～600℃）

图3共析碳钢连续冷却转变曲线图4应用等温转变曲线分析奥氏体在连续冷却中的转变

2．马氏体转变

当冷速>马氏体临界冷却速度VK时，奥氏体发生M转变，即碳溶于α—Fe中的过饱和固溶体，称为M（马氏体）。

1）转变特点：M转变是在一定温度范围内进行（Ms～Mf）,M转变是在一个非扩散型转变(碳、铁原子不能扩散）,M转变速度极快（大于Vk）,M转变具有不完全性（少量的残A）,M转变只有α－Fe、γ－Fe的晶格转变.

（2）M的组织形态

Wc（％）M形态σb/Mpaσs/MPaδ(%)Ak/JHRC

0.1-0.25板条状1020－1530820－13309－1760－18030－50

0.77片状2350204011066

(3)M的力学性能

①M的强度与硬度随C的上升M的硬度、强度上升

②M的塑性与韧性：低碳板条状M良好；板条状M具有较高的强度、硬度和较好塑性和韧性相配合的综合力学性能；针片状M比板条M具有更高硬度，但脆性较大，塑、韧性较差。

图5

第二节钢的退火

1、概念：将钢件加热到适当温度(Ac1以上或以下)，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。

2、目的：

（1）降低硬度，提高塑性，

（2）细化晶粒，消除组织缺陷

（3）消除内应力

（4）为淬火作好组织准备

3、类型：根据加热温度可分为在临界温度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火、均匀化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。

（1）完全退火：

1）概念：将亚共析钢（Wc＝0.3％～0.6％）加热到AC3+（30～50）℃，完全奥氏体化后，保温缓冷（随炉、埋入砂、石灰中），以获得接衡状态的组织的热处理工艺称为完全退火。

2）目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。

3）工艺：完全退火采用随炉缓冷可以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在Ar1以下较主温度范围内转变为珠光体。工件在退火温度下的保温时间不仅要使工件烧透，即工件心部达到要求的加热温度，而且要保证全部看到均匀化的奥氏体，达到完全重结晶。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至600℃左右即可出炉空冷。

4）适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、锻、轧制件等。

（2）球化退火

1）概念：使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺称为球化退火。

2）工艺：一般球化退火工艺Ac1+(10～20)℃随炉冷至500～600℃空冷。

3）目的：降低硬度、改善组织、提高塑性和切削加工性能。

4）适用范围：主要用于共析钢、过共析钢的刃具、量具、模具等。

（3）均匀化退火（扩散退火）

1）工艺：把合金钢铸锭或铸件加热到Ac3以上150～100℃，保温10～15h后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。

2）目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均匀化。由于加热温度高、时间长，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此一般还需要进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。

3）适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。

4）注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本很高。只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造应力。

（4）去应力退火

1)概念：为去除由于塑性变形加工、焊接等而造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。

2)工艺：将工件缓慢加热到Ac1以下100～200℃（500～600℃）保温一定时间（1～3h）后随炉缓冷至200℃，再出炉冷却。

钢的一般在500～600℃；铸铁一般在500～550℃超过550℃容易造成珠光体的石墨化；焊接件一般为500～600℃。

3）适用范围：消除铸、锻、焊件，冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。

第三节钢的正火

1、概念：将钢件加热到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保温适当时间后；在静止空气中冷却的热处理工艺称为正火。

2、目的：细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。

3、组织：共析钢P、亚共析钢F+P、过共析钢Fe3CⅡ＋P

4、工艺：正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。

5、应用范围：

1）改善钢的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素钢和低合金钢，退火后硬度较低，切削加工时易于“粘刀”，通过正火处理，可以减少自由铁素体，获得细片状P，使硬度提高，改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁程度。

2）消除热加工缺陷。中碳结构钢铸、锻、轧件以及焊接件在加热加工后易出现粗大晶粒等过热缺陷和带状组织。通过正火处理可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。

3）消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火。过共析钢在淬火之前要进行球化退火，以便于机械加工并为淬火作好组织准备。但当过共析钢中存在严重网状碳化物时，将达不到良好的球化效果。通过正火处理可以消除网状碳化物。

4）提高普通结构零件的机械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢零件采用正火处理，达到一定的综合力学性能，可以代替调质处理，作为零件的最终热处理。

第四节钢的淬火

1、定义：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间。然后以适当速度冷却获得M或B组织的热处理工艺。2、目的：显著提高钢的强度和硬度。

3、淬火温度的选择

1）碳钢的淬火加热温度由Fe－Fe3C相图来确定，其目的是为了①淬火后得到全部细小的M；②淬火后希望硬度高。

①亚共析钢Ac3+(30～50)℃,可获得细小的均匀的M，如温度过高则有晶粒粗化现象，淬火后获得粗大的M，使钢的脆性增大；如温度过低则淬火后M+F，有铁素体出现，淬火硬度不足。

②共析钢与过共析钢Ac1+(30～50)℃，由于有高硬度的渗碳体和M存在，能保证得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过Accm将会使碳化物全部溶入A中，使A中的含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，降低钢的硬度和耐磨性；淬火温度过高，奥氏体晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增大。

2）合金钢

①对含有阻碍奥氏体晶粒长大的强碳化物形成元素（如Ti、Nb等），淬火温度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，获得较好的淬火效果.

②对含有促进奥氏体晶粒长大的元素（如Mn等），淬火加热温度应低一些，以防止晶粒粗大。

理想冷却速度：650℃以上应当慢冷，以尽量降低淬火热应力。650～400℃之间应当快速冷却，以通过过冷奥氏体最不稳定的区域，避免发生珠光体或贝氏体转变。400以下至Ms点附近应当缓以尽量减小马氏体转变时产生的组织应力。具有这种冷却特性的冷却介质可以保证在获得M组织条件下减少淬火应力、避免工件产生变形或开裂。

4、淬火介质

淬火介质：钢从奥氏体状态冷至Ms点以下所用的冷却介质。常用的有三种：

水：650～400℃范围内冷却速度较小，不超过200℃/s，但在需要慢冷的马氏体转变温度区，其冷却速度又太大，在340℃最大冷却速度高达775℃/s，很容易引起工件变形和开裂。此外，水温对水的冷却特性影响很大，水温升高，高温区的冷却速度显著下降，而低温区的冷却速度仍然很高。因此淬火时水温不应超过30℃，加强水循环和工件的搅动可以加速工件在高温区的冷却速度。水虽不是理想淬火介质，但却适用于尺寸不大、形状简单的碳钢工件淬火。

油：在650～550℃内冷却较慢，不适用于碳钢，300～200℃范围内冷很慢，有利于淬火工件的组织应力，减少工件变形和开裂倾向。与水相反，提高油温可以降低粘度，增加流动性，故可以提高高温区的冷却能力。但是油温过高易着火，一般应控制在60～80℃。适用于对过冷奥氏体比较稳定的合金钢。

水与油作为淬火介质各有优缺点，但均不是属于理想的冷却介质。水的冷却能力很大，但冷却特性不好；油冷却特性较好，但其冷却能力又低。由于水是价廉、容易获得、性能稳定的淬火介质，因此目前世界各国都在发展有机水溶液作为淬火介质。美国应用浓度为15％聚乙烯醇、0.4％抗粘附剂、0.1％防泡剂的淬火介质，以及国内使用比较广泛的新型淬火介质有过饱和硝盐水溶液等。它们的共同特点是冷却能力介于水、油之间，接近于理想淬火介质。主要用于贝氏体等温淬火，马氏体分级淬火，常用于处理形状复杂、尺寸较小和变形要求严格的工件。

5、淬火方法（常用的淬火方法：单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火）

1、单介质淬火

优点：操作简单、易实现机械化、应用广泛。

缺点：水中淬火变形与开裂倾向大；油中淬火冷却速度小，淬透直径小，大件无法淬透。

2、双介质淬火

优点：减少热应力与相变应力，从而减少变形、防止开裂。

缺点：工艺不易掌握，要求操作熟练。

适用于中等形状复杂的高碳钢和尺寸较大的合金钢工件。

3、局部淬火

为了避免工件其它部分产生变形或开裂，即可用局部淬火。

4、马氏体分级淬火

优点：使过冷奥氏体在缓冷条件下转变成马氏体，从而减少变形。

缺点：只适用于尺寸较小的零件，否则淬火介质冷却能力不足，温度也难于控制。

5、马氏体等温度淬火优点：下贝氏体的硬度略低于马氏体，但综合力学性能较好，应用广泛。

6、钢的淬透性与淬硬性

（一）淬透性：决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，即应该是全淬成马氏体的深度。

1.影响淬透性因素

（1）钢的化学成分。除Co以外的合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体稳定性，降低马氏体临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。

（2）奥氏体化条件。提高奥氏体的温度，延长保温时间，使奥氏体晶粒粗大，成分均匀，残余渗碳体和碳化物的溶解彻底，使过冷奥氏体起稳定，使C曲线越向右移，马氏体临界冷却速度就越小，则钢的淬透性越好。

2.淬透性表示方法。常用临界直径大小来定理的比较不同钢种的淬透性大小。临界直径是指钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体（或50％马氏体）组织的最大直径。用Dc表示。在同一冷却介质中，钢的临界直径越大，其淬透性越好；但同一钢种在冷却能力大的介质中，比冷却能力小的介质中所得的临界直径要大些。

牌号临界直径/mm

淬水淬油

4513～16.55～9.5

20Cr12～196～12

3.淬透性的实用意义：

1）淬透——性能均匀一致

2）未淬透——韧性降低

（二）钢的淬硬性：钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。

值得注意的：钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念。淬透性好的钢其淬硬性不一定高，而淬火后硬度低的钢也可能是具有高的淬透性。

7、钢的淬火缺陷及其防止措施

1.淬火工件的过热和过烧

过热：工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷。

由于过热不仅在淬火后得到粗大马氏体组织，而且易于引起淬火裂纹，因此，淬火过热的工件强度和韧性降低，易于产生脆性断裂。轻微的过热可用延长回火时间补救。严重的过热则需进行一次细化晶粒退火，然后再重新淬火。

过烧：淬火加热温度太高，使奥氏体晶界局部熔化或者发生氧化的现象。

过烧是严重的加热缺陷，工件一旦过烧无法补救，只能报废。过烧的原因主要是设备失灵或操作不当造成的。高速钢淬火温度高容易过烧，火焰炉加热局部温度过高也容易造成过烧。

2.淬火加热时的氧化和脱碳

淬火加热时，钢件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。氧化使工件尺寸减小，表面光洁度降低，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火工件出现软点或硬度不足等新的缺陷。工件表面脱碳会降低淬火后钢的表面硬度、耐磨性，并显著降低其疲劳强度。因此，淬火加热时，在获得均匀化奥氏体时，必须注意防止氧化和脱碳现象。在空气介质炉中加热时，防止氧化和脱碳最简单的方法是在炉子升温加热时向炉内加入无水分的木炭，以改变炉内气氛，减少氧化和脱碳。此外，采用盐炉加热、用铸铁屑覆盖工件表面，或是在工件表面热涂硼酸等方法都可有效地防止或减少工件的氧化和脱碳。

3.淬火时形成的内应力

有两种情况：①工作在加热或冷却时，引起的热应力。

②由于热处理过程中各部位冷速的差异引起的相变应力。

当两力相复合超过钢的屈服强度时，工件就变形；当复合力超过钢的抗拉强度时，工件就开裂。

解决办法：①工件在加热炉中安放时，要尽量保证受热均匀，防止加热时变形；

②对形状复杂或导热性差的高合金钢，应缓慢加热或多次预热，以减少加热中产生的热应力；

③选择合适的淬火冷却介质和淬火方法，以减少冷却中热应力和相变应力。

但淬火不是最终热处理，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度和韧性配合的性能，需要配以不同温度的回火。钢淬火后再经回火，是为了使工件获得良好的使用性能，以充发挥材料的潜力。所以淬火和回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。

第五节钢的回火

1、定义：钢件淬火后，再加热到A1以下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。

2、目的：

1）稳定组织，消除淬火应力

2）调整硬度、强度、塑性、韧性

3、淬火钢在回火时组织的转变

1）马氏体的分解（＞100℃）

2）残余奥氏体的转变（200～300℃）

3）碳化物的转变（250～450℃）

4）渗碳体的聚集长大和铁素体再结晶（＞450℃）

4、钢在回火时性能变化

1）回火方法：

（1）低温回火（150～250℃），组织是回火马氏体，和淬火马氏体相比，回火马氏体既保持了钢的高硬度、高强度和良好耐磨性，又适当提高了韧性。硬度为58～64HRC，主要用于高碳钢，合金工具钢制造的刃具、量具、模具及滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面淬火件等。

（2）中温回火（350～500℃），组织为回火屈氏体，对于一般碳钢和低合金钢，中温回火相当于回火的第三阶段，此时碳化物开始聚集，基体开始回复，淬火应力基本消除。硬度为35～50HRC，具有高的弹性极限，有良好的塑性和韧性，主用于弹性件及模具处理。

（3）高温回火（500～650℃），组织为回火索氏体，硬度为220～330HBS。淬火和随后的高温回火称为调质处理，经调质处理后，钢具有优良的综合机械性能。因此，高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢，用来制作汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件，如曲轴、连杆、螺栓、机床主轴及齿轮等重要的机器零件。钢经正火后和调质后的硬度很相近，但重要的结构件一般都要进行调质而不采用正火。在抗拉强度大致相同情况下，经调质后的屈服点、塑性和韧性指标均显著超过正火，尤其塑性和韧性更为突出。

2）回火时间：一般为1～3h

3）回火冷却：一般空冷。一些重要的机器和工模具，为了防止重新产生内应力和变形、开裂，通常都采用缓慢的冷却方式。对于有高温回火脆性的钢件，回火后应进行油冷或水冷，以抑制回火脆性。

5、回火脆性

第一类回火脆性：300℃左右，无法消除，低温回火脆性。产生这类回火脆性的原因，一般认为在此回火温度范围内碳化物以断续的薄片沿马氏体片或马氏体条的界面析出，这样硬而脆的薄片与马氏体间结合较弱，降低了马氏体晶界处强度，因而使冲击韧性降低。

第二类回火脆性：400～500℃，，高温回火脆性。产生这类原因是由于经高温回火后缓冷通过脆化温度区所产生的脆性。办法：快冷；提高钢的纯洁度，减少有害元素的含量等。