1.2表面工程學(xué)ppt課件

1、表面工程學(xué)表面工程學(xué)的定義和內(nèi)涵 表面工程學(xué)是材料科學(xué)與工程中發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一，在機(jī)械制造、冶金、電子、汽車與船舶制造、能源與動(dòng)力、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，因此越來越受到廣大工程技術(shù)人員的重視。 表面工程技術(shù)分屬于不同的學(xué)科化學(xué)熱處理、表面淬火技術(shù)曾屬于金屬材料學(xué)，電鍍與電刷鍍、涂裝技術(shù)屬應(yīng)用化學(xué)或化工工程學(xué)，真空鍍膜、離子鍍等常歸類于物理電子學(xué)等。表面工程學(xué)的定義 根據(jù)表面工程學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及發(fā)展規(guī)律，其定義是指為滿足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和性能(或功能)的化學(xué)、物理方法與工藝。 表面工程學(xué)的內(nèi)涵 表面改性技術(shù)：即能夠提高零部件表面的耐磨性、

2、耐蝕性、抗高溫氧化性能，或裝飾零部件表面，或者使材料表面具有各種特殊功能(如電性能、磁性能和光電性能等)的有關(guān)工程技術(shù)。表面加工技術(shù)：即能夠在材料表面加工或制作各種功能結(jié)構(gòu)元器件的有關(guān)技術(shù)，如能夠在單晶硅表面制作大規(guī)模集成電路的光刻技術(shù)、離子刻蝕技術(shù)等。 表面工程學(xué)的內(nèi)涵 l 表面合成材料技術(shù)：即借助各種手段在材料表面合成新材料的技術(shù)，如納米粒子制備過程中的表面工程技術(shù)、離子注入制備或合成新材料等。l 表面加工三維合成技術(shù)：即將二維表面加工累積成三維零件的快速原型制造技術(shù)等。l 上述幾個(gè)要點(diǎn)的組合或綜合。 表面工程學(xué)的定義和內(nèi)涵 表面工程技術(shù)的定義，由單純表面改性(surface modifi

3、cation) 擴(kuò)展到表面加工和合成新材料， 實(shí)施對(duì)象由“結(jié)構(gòu)材料擴(kuò)展到“功能材料”， 涵蓋材料學(xué)、材料加工工程、物理、化學(xué)、冶金、機(jī)械、電子與生物領(lǐng)域的有關(guān)技術(shù)與科學(xué)，交叉學(xué)科的特征。 表面工程學(xué)的定義和內(nèi)涵 表面工程技術(shù)所涉及的基材包括幾乎所有的工程材料，如金屬、陶瓷、半導(dǎo)體材料、高分子材料、混凝土、木材和各類復(fù)合材料等， 所涉及的工藝方法數(shù)以百計(jì)，各具特點(diǎn)。 同樣的工藝應(yīng)用于不同的材料，或相同的材料采用不同的工藝，所得效果可能會(huì)相去甚遠(yuǎn)。表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義 第一，它主要作用在基材表面，對(duì)遠(yuǎn)離表面的基材內(nèi)部組織與性能影響不大。 可以制備表面性能與基材性能相差很大的復(fù)合材料。 對(duì)于要求

4、綜合力學(xué)性能良好的零部件(如要求表面耐磨性好、內(nèi)部韌性好)來說十分重要，有時(shí)甚至是制造這類零部件的唯一工藝手段。 表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義 第二，采用表面涂(鍍)、表面合金化技術(shù)取代整體合金化。 表面工程技術(shù)被廣泛應(yīng)用于提高材料的耐磨、耐蝕、抗高溫氧化性能，零部件的表面裝飾以及各類零件的修復(fù)等方面。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界各發(fā)達(dá)國(guó)家僅僅因磨損、腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失就占各國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的35。表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義 第三，表面工程技術(shù)可以兼有裝飾和防護(hù)功能，在人們的周圍創(chuàng)造了一個(gè)五彩繽紛的世界，推動(dòng)了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 采用表面工程技術(shù)還可以在大氣與水質(zhì)凈化、抗菌滅菌和疾病治療等方面發(fā)揮重要作用。 表面

5、工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義 第四，以化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、掩膜、光刻技術(shù)為代表的表面薄膜沉積技術(shù)和表面微細(xì)加工技術(shù)是制作大規(guī)模集成電路、光導(dǎo)纖維和集成光路、太陽能薄膜電池等元器件的基礎(chǔ)技術(shù)。表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義 第五，計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)、精密機(jī)械和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，使二維的表面處理技術(shù)發(fā)展成為三維零件制造技術(shù)，創(chuàng)造了全新的制造方法生長(zhǎng)型制造法，不僅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使設(shè)計(jì)與生產(chǎn)速度成倍提高。 表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義 第六，表面工程技術(shù)已成為制備新材料的重要方法，如可以在材料表面制備整體合金化難以做到的特殊性能合金等。 表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義 早在20世紀(jì)后期，美國(guó)就將表面

6、工程技術(shù)列入影響21世紀(jì)人類生活的七大關(guān)鍵技術(shù)之一，與計(jì)算機(jī)科學(xué)、生命科學(xué)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)并列。 我國(guó)也非常重視表面工程技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng)新與應(yīng)用。表面工程技術(shù)的分類 按照表面工程技術(shù)的特點(diǎn)，可以將其分為表面改性、表面加工、表面加工三維成型、表面合成新材料等。 表面改性技術(shù) 指賦予材料表面以特定的物理、化學(xué)性能的表面工程技術(shù)。 材料的表面性能包括高強(qiáng)度、高硬度、耐蝕性、導(dǎo)電性、磁性能、光敏、壓敏、氣敏特性等。 按照工藝特點(diǎn)的不同，表面改性技術(shù)又可分為表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)， 表面涂層、鍍層及堆焊技術(shù)和表面合金化技術(shù)等三大類。表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)l 不改變材料的表面成分，只是通

7、過改變表面組織結(jié)構(gòu)特征或應(yīng)力狀況來改變材料性能，l 如激光表面淬火和退火技術(shù)，感應(yīng)加熱淬火技術(shù)和噴丸、滾壓等表面加工硬化技術(shù)等。 表面涂鍍技術(shù)l 利用外加涂層或鍍層的性能使基材表面性能優(yōu)化，基材不參與或者很少參與涂層的反應(yīng)。l 典型的表面涂鍍技術(shù)包括：氣相沉積技術(shù) (如物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積等)、化學(xué)溶液沉積法(如電鍍、化學(xué)鍍、電刷鍍)、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù) (如磷化、陽極氧化、金屬表面彩色化技術(shù)、溶膠凝膠法等)、各種現(xiàn)代涂裝技術(shù)、熱噴涂和噴焊技術(shù)、堆焊技術(shù)等。表面合金化和摻雜技術(shù)l 利用外來材料與基材相混合，形成成分既不同于基材也不同于添加材料的表面合金化層，l 如熱擴(kuò)滲技術(shù)、離子注入技術(shù)、激

8、光表面合金化技術(shù)等。當(dāng)添加的元素含量很微量時(shí)，常稱之為摻雜。表面微細(xì)加工技術(shù) 表面微細(xì)加工技術(shù)主要指在材料表面 (不大于100m) 區(qū)域內(nèi)進(jìn)行各種形狀或尺寸的精密、微細(xì)加工，使其成為具有各種功能的元器件 (或零部件) 的技術(shù)。 表面微細(xì)加工技術(shù) 在各種功能元器件的制備過程中，常常需要在特定性能的薄膜上加工、制作各種形狀，如導(dǎo)電線路等。這些加工的特點(diǎn)是精度要求高，且主要集中于元器件的表面。 光刻和腐蝕技術(shù)、離子束精密刻蝕技術(shù)和薄膜沉積技術(shù)一起，成為微電子工業(yè)中的基本制造工藝。3表面加工三維成型技術(shù)快速原型制造 表面加工三維成型技術(shù)主要指通過計(jì)算機(jī)控制，在材料表面不斷實(shí)現(xiàn)特定形狀的涂鍍加工與堆積，形成三維零部件(或元器件)的快速原型制造技術(shù)。表面加工三維成型技術(shù)快速原型制造 現(xiàn)代表面工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在三維零部件的原型制造方面正發(fā)揮越來越重要的作用。 采用逐層堆積，計(jì)算機(jī)控制使每層形狀與該零部件的相應(yīng)剖面相同，最終形成產(chǎn)品成品。 在單件或小批量原型制作時(shí)速度高，制造成本低。 快速原型制造技術(shù)已成為近年來發(fā)展最快的表面工程技術(shù)或先進(jìn)制造技術(shù)之一。 4表面合成新材料技術(shù) 主要指采用特定