本書系統(tǒng)地介紹了各種現(xiàn)代離子鍍膜技術(shù)的原理、特點、裝備、工藝、發(fā)展歷程和應用。其主要內(nèi)容包括概述、真空物理和等離子體物理基礎(chǔ)知識、真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)、輝光放電離子鍍膜技術(shù)、熱弧光放電離子鍍膜技術(shù)、陰極電弧離子鍍膜技術(shù)、磁控濺射鍍膜技術(shù)、帶電粒子流在鍍膜中的作用、等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)、等離子體聚合技術(shù)，以及離子鍍膜技術(shù)在太陽能利用、信息顯示薄膜、裝飾性薄膜、光學薄膜、硬質(zhì)涂層、碳基薄膜、熱電薄膜等領(lǐng)域和低溫離子化學熱處理中的應用。本書內(nèi)容全面、新穎，緊密聯(lián)系實際，具有很強的系統(tǒng)性、科學性、先進性和實用性。
1）本書系統(tǒng)介紹了各種現(xiàn)代離子鍍膜技術(shù)的原理、特點、裝備、工藝和應用，重點分析了各種離子鍍膜新技術(shù)的設(shè)計理念。本書內(nèi)容全面、新穎，緊密聯(lián)系實際，具有很強的系統(tǒng)性、科學性、先進性和實用性。
2）本書主要內(nèi)容包括：概述、真空物理和等離子體物理基礎(chǔ)知識、真空蒸發(fā)鍍膜、輝光放電離子鍍膜、熱弧光放電離子鍍膜、陰極電弧離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、帶電粒子流在鍍膜中的作用、等離子體增強化學氣相沉積、等離子體聚合，以及離子鍍膜技術(shù)在太陽能利用、信息顯示薄膜、裝飾性薄膜、光學薄膜、硬質(zhì)涂層、碳基薄膜、熱電薄膜等領(lǐng)域和低溫離子化學熱處理中的應用。
現(xiàn)代前沿科技在向互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能化、量子化方向發(fā)展，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向高端、快速、節(jié)能、綠色環(huán)保方向加速前進。很多產(chǎn)品向智能化、集成化、自動化發(fā)展，要求零部件具有各種優(yōu)異的性能，很多元器件要求輕、薄、細、小、微型化，因此，需要在零部件、元器件表面鍍一層微米級或納米級厚度并具有各種特殊功能的薄膜材料。制備薄膜材料的方法從開始利用熱能，發(fā)展到利用氣體放電產(chǎn)生的等離子體能量進行鍍膜的離子鍍膜技術(shù)。伴隨現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的需求，離子鍍膜技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，各種增強等離子體作用的離子鍍膜新技術(shù)層出不窮，產(chǎn)生氣體放電的物質(zhì)源從金屬蒸氣、惰性氣體、無機氣體發(fā)展到有機氣體，應用范圍擴展到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。
離子鍍膜技術(shù)可以制備國防、通信、航天航空、能源領(lǐng)域的太陽能利用、信息存儲、光磁存儲薄膜，半導體器件中的PN結(jié)和導電、絕緣、屏蔽等功能薄膜，高端制造業(yè)中的工模具高硬耐磨涂層、耐腐蝕抗氧化涂層，以及人們生活中具有節(jié)能、節(jié)電、裝飾、包裝等各種優(yōu)異性能的薄膜，推動了前沿科學的發(fā)展，美化了人們的生活，創(chuàng)造了巨大價值。離子鍍膜技術(shù)為人類進步做出了巨大貢獻。
近些年來，薄膜領(lǐng)域的科技工作者巧妙地利用等離子體能量研發(fā)出多種新型離子鍍膜技術(shù)，本書將介紹各種離子鍍膜技術(shù)的原理、特點、裝備、工藝、發(fā)展歷程和應用。
本書定義：凡是在氣體放電中進行鍍膜的技術(shù)都稱為離子鍍膜技術(shù)。離子鍍膜技術(shù)主要分為等離子體增強物理氣相沉積技術(shù)、等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)、等離子體增強聚合技術(shù)。
本書是一本有等離子體物理基礎(chǔ)理論、能和當前國內(nèi)外先進離子鍍膜技術(shù)緊密聯(lián)系的技術(shù)圖書。希望本書的出版能夠開闊離子鍍膜技術(shù)在職人員的視野并幫助他們進行知識更新，給廣大青年讀者提供離子鍍膜技術(shù)知識，以利于真空鍍膜事業(yè)人才的培養(yǎng)，從而推動我國離子鍍膜技術(shù)和薄膜事業(yè)的發(fā)展。
本書從第1章至第11章，在講述真空物理和等離子體物理基本知識的基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地介紹了等離子體增強物理氣相沉積技術(shù)、等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)和等離子體增強聚合技術(shù)等各種技術(shù)的原理、特點及其發(fā)展歷程中的設(shè)計理念。這部分內(nèi)容可幫助讀者理解國內(nèi)外科技工作者靈活巧妙地利用等離子體為鍍膜全過程服務的思路，體會到學習和掌握離子鍍膜技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)知識的重要性。從第12章至第19章，介紹現(xiàn)代離子鍍膜技術(shù)在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域中的應用。這部分內(nèi)容可幫助讀者理解離子鍍膜技術(shù)對現(xiàn)代前沿科技和社會經(jīng)濟發(fā)展的重要性。
參加編著本書的作者都是在利用離子鍍膜技術(shù)制備各種特殊功能薄膜的有成就的專家、教授和企業(yè)家。編寫分工如下：第1～10章由北京聯(lián)合大學王福貞教授撰寫，第11章由北京印刷學院陳強教授撰寫，第12章由鈞石能源有限公司羅騫博士撰寫，第13章由華南理工大學寧洪龍教授和史沐楊博士撰寫，第14章由哈爾濱工業(yè)大學（深圳）武俊偉教授和深圳創(chuàng)隆實業(yè)有限公司馬楠博士撰寫，第15章由光芯薄膜（深圳）有限公司郭杏元博士撰寫，第16章由中國科學院沈陽金屬研究所趙彥輝博士撰寫，第17章由中國科學研究院蘭州化學物理研究所張廣安研究員撰寫，第18章由哈爾濱工業(yè)大學（深圳）曹峰教授和侯帥航博士研究生撰寫，第19章由深圳笙歌等離子體滲入有限公司馬勝歌總經(jīng)理撰寫。
在此向給予作者支持和幫助的專家、教授、企業(yè)家致以誠摯的謝意。研究生張佳樂、何云鵬、楊杰、梁富源、伍世悠、楊嘉然、李倫特、李志遠、唐開元等參與了部分章節(jié)內(nèi)容的校對、整理工作，在此表示衷心的感謝。
由于編著者的水平有限，書中不足之處敬請賜教。
編著者
序1
序2
前言
第1章概述1
1.1離子鍍膜技術(shù)的應用領(lǐng)域1
1.2科學技術(shù)現(xiàn)代化對薄膜產(chǎn)品的新要求1
1.3鍍膜技術(shù)的類型3
1.3.1薄膜的初始制備技術(shù)3
1.3.2離子鍍膜技術(shù)3
1.4本書的主要內(nèi)容5
第2章真空物理基礎(chǔ)知識6
2.1真空6
2.1.1真空的定義6
2.1.2真空的形成6
2.1.3真空度的意義7
2.2氣體分子運動的基本規(guī)律7
2.2.1理想氣體分子運動規(guī)律7
2.2.2理想氣體的壓強9
2.2.3氣體分子的平均自由程10
2.2.4碰撞截面10
2.2.5分子運動速度11
2.3氣體分子和固體表面的相互作用12
2.3.1碰撞12
2.3.2吸附和解吸或脫附12
2.3.3蒸發(fā)和升華13
2.4陰極表面的電子發(fā)射14
2.4.1固體表面的電子狀態(tài)14
2.4.2金屬的熱電子發(fā)射16
2.4.3金屬的冷場致發(fā)射18
2.4.4光電子發(fā)射18
2.4.5二次電子發(fā)射19
參考文獻20
第3章等離子體物理基礎(chǔ)知識21
3.1引言21
3.2等離子體22
3.2.1等離子體的定義22
3.2.2等離子體的分類23
3.2.3等離子體的獲得方法24
3.3氣體的激發(fā)和電離24
3.3.1帶電粒子的運動狀態(tài)24
3.3.2粒子間碰撞后能量的變化規(guī)律25
3.3.3由電子非彈性碰撞產(chǎn)生的激發(fā)與電離27
3.3.4第二類非彈性碰撞33
3.3.5附著和離脫34
3.3.6帶電粒子的消失消電離35
3.3.7氣體放電中的發(fā)光現(xiàn)象35
3.4氣體放電36
3.4.1氣體放電的過程36
3.4.2氣體放電的伏安特性曲線38
3.5輝光放電39
3.5.1輝光放電的特點39
3.5.2正常輝光放電和異常輝光放電41
3.5.3輝光放電兩極間各種特性的分布42
3.5.4輝光放電的空心陰極效應44
3.5.5射頻放電46
3.5.6微波放電48
3.5.7大氣壓下的輝光放電49
3.6弧光放電53
3.6.1弧光放電的特性53
3.6.2弧光放電的類型54
3.6.3熱弧光放電54
3.6.4冷陰極弧光放電56
3.7帶電粒子的作用57
3.7.1離子的作用57
3.7.2電子的作用60
3.8帶電粒子的運動60
3.8.1帶電粒子在電場中的運動61
3.8.2帶電粒子在磁場中的運動61
3.8.3帶電粒子在電磁場中的運動64
3.9電磁場的運用64
3.9.1同軸電磁場型離子鍍膜機65
3.9.2正交電磁場型離子鍍膜機65
參考文獻66
第4章真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)67
4.1真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)的分類67
4.2真空蒸發(fā)鍍膜機67
4.2.1電阻蒸發(fā)鍍膜機67
4.2.2電子槍蒸發(fā)鍍膜機71
4.2.3激光蒸發(fā)鍍膜機73
4.2.4高頻感應加熱蒸發(fā)鍍膜機74
4.3真空蒸發(fā)鍍膜層的組織74
4.3.1真空蒸發(fā)鍍膜層的形成條件74
4.3.2真空蒸發(fā)鍍膜層的生長規(guī)律77
4.3.3影響膜層生長的因素78
4.3.4膜層厚度的均勻性79
4.4真空蒸發(fā)鍍膜機80
4.4.1立式蒸發(fā)鍍膜機80
4.4.2卷繞式蒸發(fā)鍍膜機81
參考文獻84
第5章輝光放電離子鍍膜技術(shù)85
5.1直流二極型離子鍍膜技術(shù)85
5.1.1直流二極型離子鍍膜的裝置85
5.1.2直流二極型離子鍍膜的工藝過程86
5.1.3直流二極型離子鍍膜中的粒子能量86
5.1.4直流二極型離子鍍膜的條件87
5.1.5直流二極型離子鍍膜中高能離子的作用88
5.1.6離子鍍膜層形成的影響因素92
5.1.7直流二極型離子鍍膜技術(shù)的特點94
5.2輝光放電離子鍍膜技術(shù)的發(fā)展94
5.2.1電子槍蒸發(fā)源直流二極型離子鍍膜技術(shù)95
5.2.2活性反應離子鍍膜技術(shù)96
5.2.3熱陰極離子鍍膜技術(shù)97
5.2.4射頻離子鍍膜技術(shù)98
5.2.5集團離子束離子鍍膜技術(shù)98
5.3增強型輝光放電離子鍍膜技術(shù)的共同特點99
參考文獻100
第6章熱弧光放電離子鍍膜技術(shù)101
6.1空心陰極離子鍍膜技術(shù)102
6.1.1空心陰極離子鍍膜機102
6.1.2空心陰極離子鍍膜的工藝過程102
6.1.3空心陰極離子鍍膜的條件103
6.1.4空心陰極離子鍍膜機的發(fā)展104
6.2熱絲弧離子鍍膜技術(shù)105
6.2.1熱絲弧離子鍍膜機105
6.2.2熱絲弧離子鍍膜的工藝過程106
6.3熱弧光放電離子鍍膜的技術(shù)特點107
6.4輝光放電離子鍍膜與熱弧光放電離子鍍膜對比109
6.4.1電子槍對比109
6.4.2鍍膜技術(shù)特點對比109
參考文獻110
第7章陰極電弧離子鍍膜技術(shù)111
7.1陰極電弧源112
7.2小弧源離子鍍膜技術(shù)112
7.2.1小弧源離子鍍膜機的結(jié)構(gòu)112
7.2.2小弧源離子鍍膜的工藝過程114
7.3陰極電弧離子鍍膜的機理114
7.4陰極電弧離子鍍膜技術(shù)的發(fā)展116
7.4.1小弧源離子鍍膜機的發(fā)展116
7.4.2矩形平面大弧源離子鍍膜機120
7.4.3柱狀陰極電弧源離子鍍膜機121
7.5對陰極電弧離子鍍膜機配置的特殊要求128
7.5.1引弧裝置的設(shè)置128
7.5.2磁場的設(shè)置128
7.5.3屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)置128
7.6陰極電弧離子鍍膜技術(shù)的特點129
7.7清洗技術(shù)的發(fā)展130
7.7.1鈦離子清洗工件的不足130
7.7.2弧光放電氬離子清洗技術(shù)131
7.7.3氣態(tài)源弧光放電氬離子清洗技術(shù)131
7.7.4固態(tài)源弧光放電氬離子清洗技術(shù)132
7.8陰極電弧離子鍍中脈沖偏壓電源的作用134
參考文獻137
第8章磁控濺射鍍膜技術(shù)139
8.1磁控濺射鍍膜的設(shè)備與工藝過程140
8.1.1平面靶磁控濺射鍍膜機140
8.1.2磁控濺射鍍膜的工藝過程140
8.2陰極濺射和磁控濺射142
8.2.1陰極濺射142
8.2.2磁控濺射144
8.3磁控濺射鍍膜技術(shù)的特點147
8.3.1磁控濺射鍍膜技術(shù)的優(yōu)點147
8.3.2磁控濺射鍍膜技術(shù)的不足148
8.4磁控濺射離子鍍膜技術(shù)的發(fā)展149
8.4.1柱狀磁控濺射靶149
8.4.2平衡磁控濺射靶與非平衡磁控濺射靶151
8.4.3磁控濺射鍍介質(zhì)薄膜技術(shù)的進步156
8.4.4熱陰極增強磁控濺射162
8.4.5高功率脈沖磁控濺射162
8.5磁控濺射工件清洗新技術(shù)165
8.5.1ABS源165
8.5.2弧光放電氬離子清洗工件166
8.5.3用弧光放電源增強磁控濺射鍍膜166
參考文獻167
第9章帶電粒子流在鍍膜中的作用169
9.1帶電粒子流的類型169
9.2離子束169
9.2.1離子束的能量及作用169
9.2.2離子注入170
9.2.3離子束濺射鍍膜和離子束刻蝕173
9.2.4離子束輔助沉積及低能離子源174
9.3弧光電子流180
9.3.1弧光電子流的特點與產(chǎn)生方法180
9.3.2弧光電子流的應用180
參考文獻182
第10章等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)183
10.1氣態(tài)物質(zhì)源鍍膜技術(shù)分類183
10.2化學氣相沉積技術(shù)184
10.2.1熱化學氣相沉積技術(shù)184
10.2.2金屬有機化合物氣相沉積技術(shù)188
10.2.3原子層沉積技術(shù)190
10.3等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)192
10.3.1等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)類型192
10.3.2直流輝光放電增強化學氣相沉積技術(shù)193
10.4等離子體增強化學氣相沉積原理196
10.4.1多原子氣體的熱運動196
10.4.2多原子氣體的激發(fā)和電離198
10.4.3等離子體中固體表面的反應200
10.4.4等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)的優(yōu)點200
10.5各種新型等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)201
10.5.1直流磁控電子回旋PECVD技術(shù)202
10.5.2網(wǎng)籠等離子體浸沒離子沉積技術(shù)202
10.5.3電磁增強型卷繞鍍膜機203
10.5.4射頻增強等離子體化學氣相沉積技術(shù)205
10.5.5微波增強等離子體化學氣相沉積技術(shù)206
10.5.6電子回旋共振等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)208
10.5.7熱絲弧弧光增強等離子體化學氣相沉積技術(shù)208
10.5.8直流等離子體噴射電弧增強化學氣相沉積技術(shù)208
參考文獻211
第11章等離子體聚合技術(shù)214
11.1概述214
11.1.1等離子體聚合的定義與特點214
11.1.2各種等離子體聚合技術(shù)簡介217
11.2等離子體聚合原理218
11.2.1等離子體中的激勵活化反應218
11.2.2等離子體聚合反應221
11.3等離子體聚合裝置及工藝222
11.3.1等離子體聚合裝置222
11.3.2等離子體聚合工藝226
11.3.3等離子體聚合工藝條件的選擇和控制227
11.4等離子體聚合膜的應用領(lǐng)域230
11.4.1等離子體直接聚合膜的應用領(lǐng)域230
11.4.2等離子體引發(fā)聚合薄膜的應用領(lǐng)域233
11.5等離子體表面改性234
11.5.1等離子體表面改性的定義234
11.5.2等離子體表面改性的特點234
11.5.3等離子體表面改性用的氣體235
11.5.4等離子體表面改性的應用領(lǐng)域235
參考文獻236
第12章離子鍍膜在太陽能利用領(lǐng)域的應用238
12.1概述238
12.2太陽能光伏薄膜領(lǐng)域的鍍膜技術(shù)239
12.2.1晶硅太陽能電池中的鍍膜技術(shù)240
12.2.2異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的鍍膜技術(shù)242
12.2.3晶硅太陽能電池鍍膜技術(shù)的發(fā)展244
12.2.4碲化鎘、銅銦鎵硒和鈣鈦礦太陽能電池中的鍍膜技術(shù)245
12.3太陽能光熱領(lǐng)域的鍍膜技術(shù)248
12.3.1光熱薄膜材料249
12.3.2低溫光熱薄膜250
12.3.3中溫光熱薄膜250
12.3.4高溫光熱薄膜250
12.4展望251
參考文獻251
第13章離子鍍膜在信息顯示
薄膜領(lǐng)域的應用253
13.1信息顯示技術(shù)的發(fā)展253
13.2現(xiàn)代信息顯示原理254
13.3信息顯示器件與信息顯示薄膜255
13.3.1薄膜晶體管255
13.3.2有機發(fā)光二極管256
13.3.3信息顯示薄膜與離子鍍膜技術(shù)256
13.4信息顯示薄膜的制備257
13.4.1有源層薄膜257
13.4.2OLED發(fā)光功能層薄膜260
13.4.3導電電極薄膜261
13.4.4絕緣層薄膜264
13.5信息顯示薄膜器件的制備265
13.6展望268
參考文獻268
第14章離子鍍膜在裝飾性薄膜領(lǐng)域的應用271
14.1概述271
14.2裝飾性薄膜的顏色272
14.3裝飾性薄膜的性能要求273
14.4裝飾性薄膜材料的選擇與優(yōu)化275
14.4.1金色系裝飾性薄膜275
14.4.2黑色系裝飾性薄膜277
14.4.3銀色系裝飾性薄膜279
14.4.4干涉裝飾性薄膜279
14.5裝飾性薄膜的發(fā)展趨勢280
14.5.1鮮艷的顏色280
14.5.2優(yōu)異的耐蝕性281
14.5.3更高的力學性能281
參考文獻282
第15章離子鍍膜在光學薄膜領(lǐng)域的應用284
15.1光學薄膜的定義與基礎(chǔ)285
15.1.1光學薄膜的定義285
15.1.2光學薄膜的理論基礎(chǔ)285
15.1.3減反射光學薄膜289
15.1.4高反射光學薄膜290
15.1.5光學濾光片292
15.2光學薄膜的應用領(lǐng)域293
15.2.1光學薄膜在鍍膜眼鏡行業(yè)的應用293
15.2.2光學薄膜在儀器設(shè)備上的應用294
15.2.3光學薄膜在手機產(chǎn)品中的應用295
15.2.4光學薄膜在汽車行業(yè)中的應用296
15.2.5光學薄膜在光通信領(lǐng)域中的應用297
15.2.6光學薄膜在幕墻玻璃中的應用297
15.2.7光學薄膜在生物醫(yī)療領(lǐng)域中的應用299
15.2.8光學薄膜在紅外波段產(chǎn)品中的應用299
15.2.9光學薄膜在投影顯示產(chǎn)品中的應用299
15.3光學薄膜的制備技術(shù)300
15.3.1物理氣相沉積301
15.3.2化學氣相沉積303
15.3.3原子層沉積303
15.4光學薄膜的表征304
參考文獻304
第16章離子鍍膜在硬質(zhì)涂層領(lǐng)域的應用306
16.1高端加工業(yè)對涂層刀具的新要求306
16.2硬質(zhì)涂層的類型306
16.2.1普通硬質(zhì)涂層307
16.2.2超硬涂層310
16.3沉積硬質(zhì)涂層的離子鍍膜技術(shù)及其新發(fā)展315
16.3.1沉積硬質(zhì)涂層的常規(guī)技術(shù)315
16.3.2沉積硬質(zhì)涂層技術(shù)的發(fā)展316
參考文獻318
第17章離子鍍膜在碳基薄膜領(lǐng)域的應用321
17.1概述321
17.1.1碳基薄膜的類型321
17.1.2碳基薄膜的三元相圖321
17.2碳基薄膜的結(jié)構(gòu)322
17.2.1金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)322
17.2.2類金剛石碳基薄膜的結(jié)構(gòu)323
17.2.3類石墨碳基薄膜的結(jié)構(gòu)323
17.2.4類聚合物碳基薄膜的結(jié)構(gòu)324
17.3碳基薄膜的制備技術(shù)與性能324
17.3.1金剛石薄膜的制備技術(shù)與性能324
17.3.2類金剛石碳基薄膜的制備技術(shù)與性能327
17.3.3類石墨碳基薄膜的制備技術(shù)與性能332
17.3.4類聚合物碳基薄膜的制備技術(shù)與性能333
17.4非晶碳基薄膜的應用334
17.4.1類金剛石碳基薄膜的應用334
17.4.2類石墨碳基薄膜的應用337
17.4.3類聚合物碳基薄膜的應用338
參考文獻339
第18章離子鍍膜在熱電薄膜領(lǐng)域的應用343
18.1熱電技術(shù)及熱電器件343
18.1.1塞貝克效應和帕爾貼效應343
18.1.2熱電器件345
18.2熱電薄膜材料346
18.2.1超晶格熱電薄膜346
18.2.2柔性熱電薄膜347
18.3熱電薄膜制備中常用的離子鍍膜技術(shù)348
18.3.1分子束外延348
18.3.2磁控濺射349
18.3.3脈沖激光沉積350
18.3.4其他常見熱電薄膜制備技術(shù)351
18.4離子鍍膜技術(shù)在熱電器件中的應用351
18.4.1在微型熱電器件研究中的應用351
18.4.2在熱電器件電極制備中的應用352
18.5展望354
參考文獻354
第19章離子鍍膜在低溫離子化學熱處理中的應用357
19.1概述357
19.1.1離子化學熱處理357
19.1.2低溫離子化學熱處理357
19.2低溫離子化學熱處理工藝358
19.2.1不銹鋼低溫離子化學熱處理工藝358
19.2.2工模具鋼低溫離子化學熱處理工藝360
19.3低溫離子化學熱處理溫度的選擇361
19.3.1常規(guī)離子滲氮溫度361
19.3.2低溫離子化學熱處理溫度362
19.4低溫離子化學熱處理新技術(shù)364
19.4.1增設(shè)活性屏技術(shù)364
19.4.2熱絲增強低溫離子滲技術(shù)366
19.4.3弧光放電增強低溫離子滲技術(shù)367
參考文獻370
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