材料研究與應用著作：低溫等離子體錶麵強化技術 [Low Temperature Plasma Surface Strengthening Technologies] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉愛國 著

圖書標籤:

• 低溫等離子體
• 錶麵處理
• 材料強化
• 錶麵工程
• 等離子體技術
• 材料科學
• 材料工程
• 錶麵改性
• 薄膜技術
• 工業應用

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560344348

版次：1

商品編碼：11887468

包裝：精裝

叢書名： 材料研究與應用著作

外文名稱：Low Temperature Plasma Surface Strengthening Technologies

開本：16開

齣版時間：2015-09-01

用紙：膠版紙

頁數

內容簡介

　　《材料研究與應用著作：低溫等離子體錶麵強化技術》從實際應用角度闡述低溫等離子體在錶麵強化領域的應用。首先對低溫等離子體的本質、不同等離子體源的特性進行瞭探討，然後介紹等離子體輔助物理氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積、等離子體輔助熱處理、等離子體浸沒離子注入與沉積、電弧噴塗、等離子噴塗以及堆焊等各種低溫等離子體錶麵強化技術的原理、設備和應用。
　　《材料研究與應用著作：低溫等離子體錶麵強化技術》可作為從事材料錶麵強化工作的技術人員、高等學校相關專業研究生和高年級本科生的參考書。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 機械零部件的失效
1．2 磨損失效
1．3 腐蝕失效
1．4 低溫等離子體錶麵強化
參考文獻

第2章 等離子體與等離子體源
2．1 等離子體的概念和特點
2．1．1 等離子體
2．1．2 等離子體産生的方式
2．1．3 等離子體的溫度
2．1．4 等離子體的特點
2．2 冷等離子體
2．2．1 直流輝光放電等離子體
2．2．2 脈衝輝光放電等離子體
2．2．3 磁控等離子體
2．2．4 電容耦閤射頻等離子體
2．2．5 電感耦閤射頻等離子體
2．2．6 微波等離子體
2．3 熱等離子體
2．3．1 電弧
2．3．2 真空電弧等離子體
2．3．3 等離子弧
2．3．4 等離子弧的壓縮作用
2．3．5 等離子弧的分類
2．3．6 等離子弧的特點
2．4 等離子體源
2．4．1 熱陰極等離子體源
2．4．2 電容耦閤射頻等離子體源
2．4．3 電感耦閤射頻等離子體（ICP）源
2．4．4 螺鏇波等離子體源
2．4．5 微波等離子體源
2．4．6 空心陰極等離子體源
2．4．7 金屬蒸氣真空電弧（MEVVA）等離子體源
2．4．8 磁控管
參考文獻

第3章 等離子體輔助物理氣相沉積
3．1 物理氣相沉積的概念和分類
3．2 濺射沉積
3．2．1 濺射沉積的原理
3．2．2 直流濺射沉積
3．2．3 射頻濺射沉積
3．2．4 磁控濺射沉積
3．3 真空電弧沉積
3．3．1 真空電弧沉積的原理及其優缺點
3．3．2 真空電弧沉積的宏觀顆粒汙染
3．3．3 陽極電弧沉積
3．4 離子鍍
參考文獻

第4章 等離子體增強化學氣相沉積
4．1 等離子體增強化學氣相沉積的原理
4．1．1 等離子體對CVD過程的影響
4．1．2 PECVD沉積薄膜的形成過程
4．2 等離子體增強化學氣相沉積的特點
4．2．1 PECVD的優點
4．2．2 PECVD的缺點
4．3 等離子體增強化學氣相沉積技術
4．3．1 PECVD技術分類
4．3．2 PECVD工藝裝置
4．3．3 PECVD工藝參數
4．3．4 直流等離子體增強化學氣相沉積技術（DC-PECVD）
4．3．5 脈衝直流等離子體增強化學氣相沉積（脈衝DC-PECVD）
4．3．6 射頻等離子體增強化學氣相沉積（RF-PECVD）
4．3．7 微波等離子體增強化學氣相沉積（MW-PECVD）
4．3．8 電子迴鏇共振等離子體增強化學氣相沉積（ECR-PECVD）
參考文獻

第5章 等離子化學熱處理
5．1 等離子滲氮
5．1．1 等離子滲氮原理
5．1．2 等離子滲氮鋼的組織
5．1．3 等離子滲氮工藝參數
5．1．4 等離子滲氮設備
5．1．5 等離子滲氮優缺點
5．1．6 等離子滲氮新進展
5．2 等離子滲碳
5．2．1 等離子滲碳原理
5．2．2 等離子滲碳組織
5．2．3 等離子滲碳工藝參數
5．2．4 等離子滲碳設備
5．2．5 等離子滲碳優缺點
5．3 等離子滲氮碳
5．3．1 等離子滲氮碳原理
5．3．2 等離子滲氮碳組織
5．3．3 等離子滲氮碳工藝參數
5．4 等離子滲金屬
5．4．1 雙層輝光等離子滲金屬原理
5．4．2 雙層輝光等離子滲金屬組織
5．4．3 雙層輝光等離子滲金屬工藝參數
5．4．4 雙層輝光等離子滲金屬特點
5．4．5 雙層輝光等離子滲金屬設備
5．4．6 雙層輝光等離子滲金屬技術的發展
參考文獻

第6章 等離子體浸沒離子注入與沉積
6．1 等離子體浸沒離子注人原理
6．1．1 等離子體浸沒離子注入原理
6．1．2 動態鞘層擴展模型
6．1．3 PIII的優缺點
6．2 PIII設備
6．2．1 真空係統
6．2．2 等離子體源
6．2．3 高壓係統
6．2．4 供氣係統
6．3 等離子體浸沒離子注入與沉積
6．4 金屬等離子體浸沒離子注入與沉積
6．5 PIIID在耐磨防腐方麵的應用
參考文獻

第7章 電弧噴塗
7．1 電弧噴塗的原理和特點
7．1．1 電弧噴塗的原理
7．1．2 電弧噴塗的特點
7．2 電弧噴塗設備
7．2．1 電弧噴塗主體設備
7．2．2 電弧噴塗輔助設備
7．3 電弧噴塗工藝
7．3．1 噴塗前處理
7．3．2 主要噴塗工藝參數
7．3．3 塗層的後處理
7．4 電弧噴塗材料
7．4．1 塗層材料的分類及對塗層材料的基本要求
7．4．2 電弧噴塗用金屬絲材
參考文獻

第8章 等離子噴塗
8．1 等離子噴塗的原理和特點
8．1．1 等離子噴塗的原理
8．1．2 等離子噴塗的工作氣體
8．1．3 等離子噴塗的特點
8．1．4 等離子噴塗的分類
8．2 等離子噴塗設備
8．2．1 電源
8．2．2 控製係統
8．2．3 等離子噴塗槍
8．2．4 送粉器
8．2．5 水冷係統
8．3 等離子噴塗工藝參數
8．4 等離子噴塗塗層的形成和結構
8．5 等離子噴塗塗層的性能及其檢測
8．5．1 塗層外觀
8．5．2 塗層結閤強度
8．5．3 塗層孔隙率
8．5．4 塗層厚度
8．5．5 塗層硬度
8．5．6 塗層耐蝕性
8．5．7 塗層耐磨性
8．5．8 熱震性能
8．6 等離子噴塗材料
8．6．1 對等離子噴塗材料的要求
8．6．2 金屬粉末
8．6．3 陶瓷粉末
8．6．4 其他粉末
8．7 其他等離子噴塗方法
8．7．1 超音速等離子噴塗
8．7．2 微束等離子噴塗
8．7．3 低壓等離子噴塗
8．7．4 感應等離子噴塗
8．7．5 液相等離子噴塗
8．7．6 反應等離子噴塗
8．7．7 三陰極軸嚮送粉等離子噴塗
8．8 等離子噴塗的危害及安全防護
8．8．1 等離子噴塗的危險及危害因素
8．8．2 等離子噴塗的安全防護
參考文獻

第9章 堆焊
9．1 手工電弧堆焊
9．2 埋弧堆焊
9．3 熔化極氣體保護堆焊
9．4 鎢極氬弧堆焊
9．5 自保護藥芯焊絲明弧堆焊
9．6 冷金屬過渡（CMT）堆焊
9．7 等離子粉末堆焊
9．8 等離子熔化注射和氬弧熔敷注射
參考文獻

術語索引

前言/序言

　　等離子體常被人們稱為物質的第四態，這說明它從本質上和我們常見的物質是相同的，但在形態上和物質的氣態、液態、固態又有非常大的差彆。通過對這些差異的有效利用，人們可以獲得一些通過物質常規狀態無法獲得的有利性能。其中之一，就是把等離子體用在材料錶麵性能的改變上，特彆是金屬材料錶麵性能的強化上。通過使用等離子體作為錶麵強化的處理環境或處理材料，可以在材料錶麵獲得更高的耐磨性、耐蝕性、耐熱性等多種所需的性.能。
　　按照等離子體所處的溫度範圍，將工業中應用的等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。用於材料錶麵強化的屬於低溫等離子體。低溫等離子體具有化學活性高，能夠和電磁場産生相互作用的特點，在錶麵強化領域有著得天獨厚的優勢。采用等離子體進行錶麵強化處理，可以降低處理溫度、加快處理速度、提高處理質量、增強強化效果、降低處理成本、延長零部件使用壽命。
　　本書從實際應用角度闡述低溫等離子體在錶麵強化領域的應用。首先對低溫等離子體的本質、不同等離子體源的特性進行探討，然後介紹等離子體輔助物理氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積、等離子化學熱處理、等離子體浸沒離子注入與沉積、電弧噴塗、等離子噴塗以及堆焊等各種低溫等離子體錶麵強化技術的原理、設備和應用。
　　本書打破瞭傳統學科領域劃分的薄膜製備技術、塗層製備技術、熔敷堆焊技術之間的界限，從低溫等離子體的共性及本質齣發，對不同的低溫等離子體錶麵強化技術的原理、特性和局限性進行瞭探討，揭示齣不同錶麵強化技術的共同本質，為跨越傳統界限的低溫等離子體錶麵強化技術找到瞭理論基礎，將對新的低溫等離子體錶麵強化技術的誕生起到促進作用。
　　本書由瀋陽理工大學劉愛國、孫煥煥、孟凡玲撰寫，其中第1、2、3、6、7、9章由劉愛國編寫，第4、5章由孫煥煥編寫，第8章由孟凡玲編寫。
　　本書可作為從事材料錶麵強化工作的技術人員和高等學校相關專業研究生和高年級本科生的參考書。
　　由於時間倉促，作者水平有限，書中疏漏在所難免，請同行專傢不吝賜教。

材料研究與應用前沿探索：熱力學、動力學與材料性能的宏觀調控 內容提要： 本書聚焦於當代材料科學與工程領域中至關重要的熱力學基礎、動力學過程及其在宏觀材料性能調控中的應用。全書深入探討瞭多相材料體係的相變機製、非平衡態下的演化規律，以及這些基本原理如何指導新型功能材料的設計與製備。重點內容涵蓋瞭從原子尺度到宏觀尺度的能量傳遞、擴散行為、界麵反應動力學，以及這些過程如何影響材料的力學、電學、光學和熱學特性。此外，本書還詳細闡述瞭先進的計算模擬方法，如分子動力學模擬、濛特卡洛方法和密度泛函理論在解析復雜材料行為中的應用，並結閤瞭高分辨率錶徵技術，為材料工程師和研究人員提供瞭一套係統的理論框架和實踐指導。 第一章：材料熱力學基礎與相平衡 本章構建瞭理解材料行為的基石——熱力學原理。詳細闡述瞭吉布斯自由能、焓變和熵變在材料穩定性和相變驅動力中的核心作用。特彆關注瞭非理想溶液和固溶體的熱力學處理，包括拉烏爾定律和亨利定律的擴展應用。 多組分體係的相圖解析： 深入剖析瞭二元、三元相圖的構建與解讀，重點討論瞭共晶、共熔、包析和非變質反應的特徵。通過實際案例，展示如何利用相圖指導閤金成分設計和熱處理工藝。 界麵熱力學： 闡述瞭錶麵能、界麵能對材料微觀結構和宏觀性能的顯著影響。討論瞭晶體與非晶態、液相與固相界麵的能量特性，以及毛細作用在粉末冶金和液相燒結中的熱力學驅動力。 非平衡態熱力學初步： 引入瞭遠離平衡態體係的描述方法，探討瞭在快速冷卻、高能衝擊等極端條件下，傳統平衡熱力學模型的局限性與修正方嚮，為理解快速凝固和非晶材料的形成奠定基礎。 第二章：材料動力學與擴散行為 動力學是理解材料演化過程的關鍵。本章聚焦於原子和缺陷的遷移，這是所有材料加工和服役過程中結構演化的根本機製。 擴散理論的深度剖析： 全麵迴顧瞭菲剋擴散定律，並深入探討瞭晶體缺陷（空位、間隙原子、位錯）對擴散係數的激活能影響。區分瞭晶界擴散、錶麵擴散與體相擴散的相對重要性。 非穩態擴散與快速過程： 針對快速熱處理、薄膜生長等非穩態過程，引入瞭考慮擴散源和匯的復雜模型。詳細分析瞭 Kirkendall 效應及其在界麵遷移中的定量描述。 反應動力學與界麵控製： 探討瞭固-固、固-氣、固-液反應的速率控製步驟。通過阿倫尼烏斯方程的應用，評估瞭溫度、濃度梯度和催化劑（界麵缺陷）對反應速率的影響，特彆是在高溫氧化和滲碳等過程中。 第三章：微觀結構演化與性能耦閤 本章將熱力學驅動力和動力學過程整閤起來，分析其如何共同決定材料的微觀結構，並最終量化宏觀性能的提升或退化。 晶化與析齣動力學： 深入研究瞭過冷液體中形核（一次形核、非均相形核）和長大過程的機製，包括島狀生長、層狀生長等模式。分析瞭析齣相的尺寸分布、體積分數與時間的關係，及其對機械強度的強化作用（析齣強化機製）。 晶界遷移與晶粒生長： 闡述瞭驅動晶粒粗化的熱力學勢（晶界能）和晶界運動的動力學阻力（雜質拖曳、雙麵拖曳）。探討瞭通過添加釘紮相（如碳化物）來有效抑製晶粒過度生長的工程策略。 復雜形變的本構關係： 結閤微觀結構演變，推導和應用瞭描述材料在高溫蠕變、疲勞和應變時效過程中行為的本構方程。重點關注位錯運動、孿晶、相變孿晶等塑性變形機製的動力學規律。 第四章：計算材料學與先進模擬方法 為精確預測和解釋復雜材料行為，本章係統介紹瞭先進的計算工具和方法，它們是連接微觀機製與宏觀性能的橋梁。 分子動力學 (MD) 模擬的應用： 詳細介紹瞭如何構建和校準勢函數（如 EAM、MEAM 勢），用以模擬材料在高溫、高應力下的原子運動軌跡。MD 在模擬擴散通道、位錯核心結構、以及快速冷卻過程中的非晶形成等方麵的優勢。 濛特卡洛 (MC) 方法與相場模型： 闡述瞭 MC 方法在研究平衡態相變、缺陷有序-無序轉變中的應用。重點介紹瞭相場法（Phase-Field Method），它如何有效地將微觀驅動力（界麵能）與宏觀形貌演化（如裂紋擴展、析齣物形狀演變）耦閤起來。 第一性原理計算： 概述瞭密度泛函理論 (DFT) 在計算材料基態性質、電子結構、反應能壘方麵的能力。強調瞭如何利用 DFT 預測擴散的激活能和特定界麵反應的穩定性，為實驗設計提供理論指導。 第五章：功能材料的熱力學與動力學控製 本章將前述理論應用於具體的先進功能材料體係，展示如何通過精確控製熱力學和動力學參數來定製材料性能。 陶瓷與復閤材料的燒結動力學： 分析瞭液相燒結、固相燒結過程中，液相擴散、固相擴散和界麵遷移的協同作用。討論瞭如何通過控製燒結溫度和時間麯綫，以獲得高密度、高均勻性的結構。 電化學材料的界麵動力學： 聚焦於電池電極材料、燃料電池電解質中離子的傳輸和界麵反應。討論瞭查諾剋-德拜 (Cahn-Hilliard) 理論在電化學界麵不穩定性分析中的應用，以及如何通過優化界麵結構來提高充放電效率和循環壽命。 熱電材料的能帶結構與缺陷工程： 探討瞭熱電材料中載流子濃度、塞貝剋係數與晶格熱導率之間的熱力學權衡。分析瞭通過引入特定點缺陷或納米結構來降低晶格熱導的動力學機製，以最大化材料的性能因子 (ZT)。 結語： 本書旨在提供一個關於材料係統宏觀性能如何源於熱力學驅動與動力學實現過程的統一視角。通過對這些基礎原理的深入理解和先進計算方法的應用，研究人員將能更有效地設計和開發下一代高性能結構材料和功能材料。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容，絕對是當前材料科學領域一個非常前沿且極具潛力的研究方嚮。我之前接觸過一些關於錶麵工程的著作，但大多集中在傳統的物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）等方法。這些方法雖然成熟，但在能耗、對基材的溫度要求以及環保方麵，總有些令人顧慮的地方。低溫等離子體技術，正是解決瞭這些痛點，它提供瞭一種更為溫和、高效的錶麵改性途徑。 我特彆好奇書中對於等離子體在不同介質（如氣體、液體）中的生成和控製技術。要知道，等離子體生成本身就是一個復雜的過程，如何精確地控製等離子體的密度、溫度、組分，以達到預期的錶麵強化效果，這其中蘊含著大量的工程智慧。書中是否會詳細介紹不同類型的等離子體發生器（如微波等離子體、射頻等離子體、直流輝光放電等）的特點、優缺點以及適用範圍？另外，對於不同的應用場景，例如提高金屬的耐腐蝕性、改善聚閤物的生物相容性、製備功能性納米塗層等，書中是否會提供具體的工藝流程和優化建議，讓我能夠更快速地將這些先進技術應用於實際生産和研發中？

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題就足夠吸引人瞭——“低溫等離子體錶麵強化技術”。聽起來就像科幻小說裏纔會齣現的黑科技，但我深知材料科學的發展日新月異，很多過去難以想象的技術正在逐步走進現實。我一直對如何提升材料的壽命和性能感到著迷，尤其是在不改變材料主體結構的前提下，僅僅通過錶麵處理就能帶來質的飛躍，這簡直是“四兩撥韆斤”的智慧。 我特彆關注書中關於等離子體與材料錶麵相互作用的微觀機製的闡述。它究竟是如何在不大幅提高材料溫度的情況下，改變其錶麵原子、分子的排列，從而實現硬度、耐磨性、粘附性等方麵的提升？書中是否會詳細介紹等離子體中的活性粒子（如自由基、離子、紫外光子等）如何與材料錶麵發生反應，以及這些反應如何影響材料的晶體結構、錶麵能、粗糙度等關鍵參數？我希望這本書能夠為我解答這些疑問，並且提供一些實際的工藝參數和操作指南，讓我能夠將其中的知識與我正在進行的研究項目聯係起來，尋找新的突破點。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我大開眼界！我一直對材料科學領域的新技術充滿好奇，尤其是那些能夠顯著提升材料性能但又不會對原有結構造成破壞的方法。低溫等離子體技術，光聽名字就覺得充滿瞭科技感和未來感。我一直以為等離子體技術離我們很遠，隻會在一些高端實驗室裏齣現。但這本書的齣現，讓我看到它在“錶麵強化”這個具體應用上的巨大潛力。 我最感興趣的是它能夠如何“強化”材料的錶麵。想象一下，通過一種非接觸、溫度極低的方式，就能讓原本普通的金屬、陶瓷甚至聚閤物，獲得更高的硬度、更強的耐磨性、更好的耐腐蝕性，甚至賦予其特殊的導電或絕緣性能。這對於航空航天、汽車製造、電子器件、醫療器械等行業來說，簡直是革命性的！書中關於各種等離子體源（如輝光放電、介質阻擋放電、射頻等離子體等）的詳細介紹，以及它們在不同材料上的應用案例，都讓我覺得既專業又實用。我尤其期待書中能夠深入探討不同等離子體參數（如功率、頻率、氣體種類、處理時間等）對錶麵強化效果的影響機製，這對於實際操作和工藝優化至關重要。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，我都對那些能夠“化腐朽為神奇”的材料改性技術充滿興趣。傳統的材料處理方法，往往需要高溫高壓，或者引入大量的化學試劑，不僅耗能巨大，而且對環境也不太友好。而“低溫等離子體錶麵強化技術”，這個標題本身就傳遞齣一種高效、環保、綠色的信息，這正是我在當前材料研究領域所追求的方嚮。 我特彆想知道，書中在介紹這項技術時，是如何平衡其“低溫”和“強化”這兩個看似矛盾的特性的。究竟是通過何種機製，使得等離子體中的活性粒子能夠在不顯著升高材料整體溫度的情況下，對材料錶麵進行精確的改性？我希望書中能詳細闡述等離子體激發過程中産生的各種活性物種（如中性自由基、活性原子、離子、紫外光子等）與材料錶麵發生化學反應、物理濺射、能量注入等過程。此外，我也非常關注書中對不同材料體係（例如金屬、陶瓷、聚閤物、復閤材料等）的具體應用案例和效果分析。是否有實際的實驗數據來支撐其性能提升的說法？例如，在經過等離子體處理後，材料的硬度、耐磨性、抗氧化性、疏水性/親水性等關鍵性能指標，究竟能提升多少？這些實實在在的數據，對我判斷這項技術的價值至關重要。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，在翻閱這本書之前，我對“低溫等離子體”這個概念的理解還比較模糊。我之前讀過一些關於材料錶麵改性的書籍，但大多集中在傳統的物理化學方法，比如熱處理、化學鍍等。這些方法往往需要高溫，或者會引入額外的化學物質，有時會對材料本體造成不利影響。所以，當瞭解到低溫等離子體可以在接近室溫的條件下實現高效的錶麵強化時，我感到非常驚喜。 這本書給我最大的啓示在於，它將一個看似抽象的科學概念，落地到瞭具體的工程應用層麵。書中對不同材料（金屬、半導體、高分子材料等）在低溫等離子體處理後的性能變化進行瞭詳實的闡述，並且配以大量的實驗數據和圖錶，這讓我能夠直觀地感受到這種技術的強大之處。我特彆想瞭解的是，這種技術在解決一些長期睏擾行業的材料性能瓶頸方麵，究竟能發揮多大的作用。比如，在極端環境下工作的機械部件，或者需要超高純淨度的生物醫用植入物，低溫等離子體錶麵強化是否能提供更優的解決方案？書中對相關理論基礎的講解也十分到位，這有助於我理解其背後的物理化學原理，而不是僅僅停留在“知道有這麼個技術”的層麵。