当前位置：文档之家 › 薄膜物理课件 (19)

薄膜物理课件 (19)

  • 格式：ppt
  • 大小：827.50 KB
  • 文档页数：52

下载文档原格式

  / 52

合集下载

(推荐)《薄膜物理》PPT课件

(推荐)《薄膜物理》PPT课件
氙 (Xe) 二氧化碳 (CO2)
铁 (Fe) 甲烷 (CH4)
氯 (Cl2) 一氧化碳 (CO)
-12.4 -118.0 -62.5 14.7 31.0 3700.0 -82.5
144 -140.2
可以看出，氮、氢、氩、氧和空气等物质的临界温度远低于室
温，所以常温下它们是气体；水蒸气、有机物质和气态金属的
平均自由程与分子密度n和分子直径σ的平方成反比关系
kT 22P
平均自由程与压强成反比，与温度成正比
37
稀薄气体的基本性质
若气体种类和温度一定的情况下
P常数
在25℃的空气情况下
P 0 .66 cm 7 Pa
或 0.667cm
P
38
稀薄气体的基本性质
三、碰撞次数与余弦定律
入射频率：单位时间内，在单位面积的器壁上发生碰撞的分子
RNAk (NA：阿伏伽德罗常数) n= 7.2×1022 P/T (个／m3)
在标准状态下，任何气体分子密度为３×1019 个／cm3 当 P = 1.3 ×10-11 Pa 的真空度时 T = 293 K 则 n = 4 ×103个／cm3
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强 下，每立方厘米的体积中仍然有几百个气体分子
18
真空的基本知识
PnkT PVM m RT
P： 压强（Pa） n： 气体分子密度（个/m3） V：体积（m3） m：气体质量（kg） M：气体分子量（kg/mol） T： 绝对温度（K） k： 玻尔兹曼常数（1.3810-23J/K） R：气体普适常数（8.314J/K·mol）
19
真空的基本知识
21
真空的基本知识
压强的表示方法： 国际单位：帕斯卡 (Pascal) 其它单位：托 (Torr) 毫米汞柱(mmHg) 毫巴(bar)

普通物理11.4薄膜干涉PPT课件

普通物理11.4薄膜干涉PPT课件
干涉现象的产生需要满足相干条件， 即光波的频率相同、相位差恒定、振 动方向相同和传播路径一致。
薄膜干涉的形成机制
薄膜干涉是指光波在薄膜表面反射和折射后形成的干涉现象。当光波入 射到薄膜上时，一部分光波被反射，另一部分光波透射进入薄膜内部。
在薄膜内部，光波会经历折射和反射，多次反射和透射后形成多束相干 光波，这些光波在薄膜表面相遇并相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
发生反射和折射。
屏幕
用于接收干涉条纹，通常选用 白色屏幕。
测量工具
包括显微镜、测微器和角度测 量仪等，用于精确测量薄膜的
厚度和干涉条纹的间距。
实验操作流程
调整光源
调整光源的角度，使光线垂直 照射在薄膜上，确保光路正确。
数据测量
使用测量工具测量薄膜的厚度 和干涉条纹的间距，记录数据。
准备实验器材
按照实验装置图搭建实验装置， 确保所有器材完好无损。
光学信息处理
光束整形与调制
薄膜干涉技术可以对光束进行整形和调制，实现光束的聚焦、散焦、 偏转、调制等操作，用于信息传输、显示和存储等领域。
光波前处理
利用薄膜干涉技术可以对光波前进行调制和处理，实现光束的相干 控制和非线性光学效应等，用于光通信、光计算和光传感等领域。
图像处理与增强
薄膜干涉技术可以用于图像处理和增强，如图像的对比度增强、清晰 度提高、噪声抑制等，提高图像的视觉效果和信息传递能力。
02 薄膜干涉的基本原理
光的波动性
01
光的波动性是指光在传播过程中 表现出的振动和传播的特性。光 波是一种横波，具有振幅、频率 和波长等物理量。
02
光波在传播过程中会与介质相互 作用，产生能量交换和传播方向 的改变，这种现象称为光的干涉 。

《材料物理薄膜物理》课件

《材料物理薄膜物理》课件
《材料物理薄膜物理》 ppt课件
CONTENTS 目录
• 材料物理与薄膜物理概述 • 材料的基本性质 • 薄膜的制备与生长机制 • 薄膜的物理性能与应用 • 材料与薄膜物理与薄膜物理概述
材料物理的定义与重要性
定义
材料物理是一门研究材料结构、性能和应用的科学，主要关注材料的基本组成 、微观结构和宏观性质之间的关系。
CHAPTER 03
薄膜的制备与生长机制
薄膜的制备方法
01
02
03
物理气相沉积法
利用物理过程将材料蒸发 或溅射到基底上形成薄膜 ，包括真空蒸发、溅射和 离子束沉积等。
化学气相沉积法
通过化学反应将气体转化 为固态薄膜，包括热化学 气相沉积和等离子体增强 化学气相沉积等。
液相外延法
在单晶基底上通过控制温 度和成分，使溶质从溶液 中析出，形成单晶薄膜。
介电性能
薄膜的介电常数和介质损耗是其电学 性能的重要参数，影响其在电子和微 波器件中的应用。
薄膜的磁学性能
磁导率与磁损耗
磁性薄膜的磁导率和磁损耗特性决定了其在磁记录、磁传感 器等领域的应用。
磁各向异性
不同方向的磁化行为，影响磁性薄膜的磁学性能和应用。
薄膜的应用领域
光学仪器制造
高反射、高透过的光学薄膜广 泛应用于各种光学仪器制造。
材料在循环应力作用下抵抗断裂的能力， 与其使用寿命密切相关。
材料的热学性质
热容与热导率
描述材料在温度变化时吸收或释放热量的能 力，以及热量在材料内部的传导速度。
热稳定性
材料在温度变化时保持其物理和化学性质稳 定的能力。
热膨胀
材料在温度升高时体积增大的现象。
热辐射
材料发射或吸收电磁辐射的能力，与温度和 波长有关。

第三章薄膜的物理气相沉积-溅射法PPT课件

第三章薄膜的物理气相沉积-溅射法PPT课件
6
3.1 气体放电现象与等离子体
直流电场作用下物质的溅射： 对系统抽真空后，充入适当压力
的惰性气体，如Ar。在正负电极间外 加电压的作用下，电极间的气体原子 将被大量电离。电离过程使Ar原子电 离为Ar+和可以独立运动的电子，其 中的电子会加速飞向阳极，而Ar+则 在电场的作用下加速飞向作为阴极的 靶材，并在与靶材的撞击过程中释放 出相应的能量。离子高速撞击靶材的 结果之一是使大量的靶材表面原子获 得相当高的能量，使其可能脱离靶材 的束缚而飞向衬底。
上述两种情况的放电，都以有自然电离源为 前提，如果没有游离的电子和正离子存在，则放 电不会发生。因此，这种放电方式又称为非自持 放电。
17
在汤生放电阶段的后期，放电开始进入电晕 放电阶段。这时，在电场强度较高的电极尖端部 位开始出现一些跳跃的电晕光斑。——电晕放电 3、正常辉光放电
在汤生放电阶段之后，气体会突然发生放电击穿 现象（雪崩点火）；气体开始具备了相当的导电能力， 我们将这种具备了一定的导电能力的气体称为等离子 体。
气体辉光放电形成等离子体之后，放电过程就进入了可以自持 （自我维持）的阶段，气体中的荷电粒子，也就是带电荷的粒子， 在吸收了一定的电场能量之后，已经可以不断地复制出新的电子和 离子。
26
27
3.1 气体放电现象与等离子体
放电的自持阶段：原先由于辉光放电形成的等离子体 当中的荷电粒子，开始不断地轰击气体分子，产生新的电 子和离子；这些新的电子和离子产生之后，又去不断地轰 击气体分子，又产生新的电子和离子；这些新的电子和离 子产生之后......于是新和更新的电子和离子就这样源源不断 地产生出来。
24
3.1 气体放电现象与等离子体
气体的放电类型： •Townsend放电：气体击穿的初期，放电电压比较高，且随输入 功率的增加变化很小；放电电流随输入功率的增加而增加，但 比较小； •正常辉光放电：当放电达到一定值以后，足够多的电子和离子 使得放电可以自持，气体放电转化为正常辉光放电，此时的气 体电导率比较大，极板间电压下降； •反常辉光放电：当电离度达到比较高以后，电流随功率增加变 缓，但电压迅速增加； •弧光放电：进一步增加功率导致电弧出现，从而放电转化为弧 光放电，气体电导率再次增加，极板间电压再次下降；

薄膜及其特性PPT课件

薄膜及其特性PPT课件
（5）装饰膜
（6）包装膜
26
1.3 薄膜材料的特殊性
（1）表面能级很大 由于薄膜表面积与体积之比很大，致使薄膜材料的 表面效应十分突出。 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之 比随粒子尺寸的减小而大幅度地增加（对于直径为 10nm的粒子，表面原子所占百分数为20％;直径为 1nm的粒子，表面原子所占百分数为100％），粒子 的表面能和表面张力随之增加，材料的光、电、化 学性质发生变化。
• 采用各种PVD 法沉积薄膜时, 提高基体温度有利于薄膜和 基体原子的相互扩散, 而且会加速化学反应, 从而有利于 形成扩散附着和化学键附着力, 使附着性增加。
33
• 相对而言，荷能沉积，如离子束辅助蒸发、 磁控溅射、离子束溅射、激光蒸发等方法 获得的同种薄膜与衬底的结合力高于简单 热蒸发获得的薄膜。原因是荷能束有利于 去除衬底表面吸附层、活化衬底表面、促 进薄膜与衬底间的互扩散。
29
附着：既然薄膜是在基片之上生成的，基片和薄膜之间就会 存在着一定的相互作用。这种相互作用通常的表现形式是附 着（adhesion）。 薄膜的一个面附着在基片上并受到约束作用，因此薄膜内容 易产生应变。若考虑与薄膜面垂直的任一断面，断面两侧就 会产生相互作用力，这种相互作用力称为内应力（internal stress）。附着和内应力是薄膜极为重要的固有特征。 该基片和薄膜属于不同种物质，附着现象所考虑的对象是二 者间的边界和界面。 二者之间的相互作用就是附着能，附着能可看成是界面能的 一种。附着能对基片－薄膜间的距离微分，微分最大值就是 附着力。
• 由于一般膜层都很薄, 所以基体表面的粗糙不平整会导致 难以形成均匀连续的膜层, 影响其性能。所以, 在镀膜前 一般要对基体进行机械抛光及严格的清洗, 去油、去污、 去氧化物等, 还可用超声波清洗以增加清洗效果。

[课件](讲义1)薄膜物理与技术PPT

[课件](讲义1)薄膜物理与技术PPT
2018/12/4
主要参考书
薄膜物理与器件. 肖定全、朱建国、朱基亮等，国防工业 出版社 (2011-05) 半导体薄膜技术与物理. 叶志镇、吕建国、吕斌，浙江大 学出版社 (2008-09) 薄膜物理与技术. 杨邦朝、王文生，电子科技大学出版社 (2006-09) 薄膜材料制备原理、技术及应用. 唐伟忠，冶金工业出版 社(2003-01) 薄膜科学与技术手册. 田民波、刘德令，机械工业出版社， (1991) Internet
2018/12/4
20
按薄膜厚度和晶体结构
• 超薄膜 • 二维纳米薄膜 • 薄膜 • 厚膜 • 单晶薄膜 • 多晶薄膜 • 非晶薄膜/微晶 • 纳米晶薄膜
2018/12/4
~ 10 nm < 100 nm < 10 µ m 10 ~ 100 µ m
21
四、薄膜的历史
1000多年前，阿拉伯人发明了电镀 7世纪，溶液镀银工艺 19世纪中，电解法、化学反应法、真空蒸镀法等 20世纪以来，学术和实际应用中取得丰硕成果，溅射法 近年来，Sol-Gel法、激光闪蒸法……
1. 2. 2. 3. 4. 5.
2018/12/4
19
按照材料特性（按σ，ε，u）
按电导率（ σ ）分有： 金属薄膜 半导体薄膜 绝缘体薄膜 超导体薄膜 光电薄膜 … 按（ ε ）分有： 介质薄膜


铁电薄膜
压电薄膜 热电薄膜
按导磁率（ u ）分有： 磁性薄膜 非磁性薄膜
2018/12/4
8
薄膜科学包括：
（1） 薄膜制造技术—— 气相沉积生长法（PVD、CVD…） 氧化生长法 Sol-gel法 电镀（电解）法 … （2）薄膜的形成（生长）—— 从气相原子凝结→形成晶核→核长 大 →网状结构（不连续性）→成膜（连续性）

《薄膜物理》ppt课件

《薄膜物理》ppt课件

溶胶-凝胶法在铁电薄膜 制备中的运用
铁电研讨可大体分为四个阶段:
第一阶段是从1920年法国人Valasek发现了罗息盐的极化， 导致了“铁电性〞概念的出现开场 第一阶段是1940年~1958年。1941年，Slater提出了铁电体 的 第一个根本微观模型同时铁电唯象实际开场建立并趋成熟， 这一时期的实际与实验研讨任务，奠定铁电资料的自发极化、 相变和畴构造了解的根底 第三阶段是1959年~1979年，发现钙钛矿构造的PbTiO3、 Pb(ZrTi)O3(PZT)、PbLa〕(ZrTi)O3(PLZT)系列、钨青铜构造 的铌酸盐系列等大量铁电体，铁电的软模实际出现并根本完善， 也称软模阶段，这一阶段，现代铁电学根本成熟
在铁电薄膜的许多运用中，铁电存储器尤其引人注目 铁电存储器具有非易失性、快速存取与抗辐射等特点， 使得它在计算机、航空航天、军工国防领域呈现宽广的 运用前景，引起全世界科技界的极大关注
图 1-7 美国军用飞机中的非挥发存储器(1988) Fig. 1-7 NV-RAM used in fighter planes of U. S. A.
从水羟基配位的无机母体来制备凝胶时，取决于诸多要素，如 pH梯度、浓度、加料方式、控制的成胶速度、温度等
溶胶-凝胶法
聚合反响的另一种方式是氧基聚合，构成氧桥M－O－M；这 种聚合过程要求在金属的配位层中没有水配体，即氧-羟基配
体
溶胶-凝胶法
2. 金属有机分子的水解聚合反响 金属烷氧基化合物(M(OR)n )是金属氧化物的溶胶-凝胶合成 中常用的反响物分子母体，几乎一切金属(包括镧系金属)均 可构成这类化合物
氢氧化铁溶胶的制备
分散相在介质中的溶解度须极小是构成溶胶的必要条件之一
溶胶-凝胶法

薄膜物理课件文字

薄膜物理课件文字

第一章真空的基本知识§1. 真空的定义、单位和真空区域的划分1.真空的定义气体的压强低于一个标准大气压的气态空间一标准大气压：g=980.665 cm/s2\T=273 K时，760mm水银柱高所施加的压强平衡状态下，气体宏观参量的重要关系式：P=nKT P=压强(Pa)2. 真空的单位：(1)帕(Pa) 1 Pa=1 N/M2=10达因/cm2(2)乇(torr)(3)mmHg(4)µbar(微巴) or bar1 torr=1 mmHg= 133.3 Pa1 Pa= 0.75×10-2 torr = 10达因/cm21 µbar= 1 达因/cm2 = 0.1 Pa3. 真空区域的划分(1) 粗真空：1×105 Pa > P >1×103 Pa (大约10 torr)(2) 低真空：1×103~ 1×10-1 Pa(3) 高真空：1×10-1~1×10-6 Pa(4) 超高真空：<1×10-6 Pan< 1010个/cm3，不少高科技器件或材料只能在超高真空下才能获得§2.稀薄气体的基本性质1.气体的三种速率表达式最可几速率：算术平均速率：均方根速率：2.平均自由程的定义：气体两次碰撞之间所走路程的统计平均值a) 考虑到其它气体分子在运动，及气体速率有一定分布，作如下修正：§ 3. 气体的输运1. 抽真空过程中气体流动的三个过程(1) 初始阶段(气压较高、流速较大)出现湍流，起作用的是气体的惯性力(2) 气压较低时：粘滞性流动—各层速度不同，起作用的是层间相互摩擦力(3) 气压更低：分子性流动—分子间相互摩擦可忽略，流动完全有分子与器壁碰撞，即：湍流-粘滞性流动-分子性流动2. 气体量，流量及其表达式(1) 定义：气体量：气体体积×压强，即PV，单位：牛·米-2·米3=牛顿·米流量Q：单位时间流过的气体量Q=PV/t=牛·米/秒(2) 流量表达式：(长圆管道情况)a) 粘滞性流动时：第2章真空的获得§3 机械泵1. 机械泵的Pu : 5*10-4乇机械泵的用途：抽低真空；扩散泵、分子泵的前级真空泵机械泵的结构：由工作室、进气管、排气阀、油腔、气镇阀、马达构成工作室包括：定子、转子、旋片旋片装于转子上并将定子分成三部分：吸气空间；膨胀压宿空间；排气空间。

《薄膜生长机理》课件

《薄膜生长机理》课件
物理模型
STEP 02
化学模型
基于物理过程建立数学模 型，用于描述薄膜生长的 微观机制。
STEP 03
热力学模型
基于热力学原理，研究薄 膜生长过程中的能量转化 和平衡。
考虑化学反应过程，模拟 不同组分在薄膜中的扩散 和反应。
薄膜生长的机制
气相沉积
气体分子在基底表面吸附、迁移、凝结形成薄膜 。
液相沉积
基片的影响
• 总结词：基片是薄膜生长的载体，其特性和状态对薄膜的生长和质量具有重要影响。
• 详细描述：基片的表面粗糙度、清洁度、晶格结构和热膨胀系数等特性对薄膜的生长和质量具有重要影响。基片的表面粗糙度和清洁度会影响薄膜与基片之间的附着力和界面态，从而 影响薄膜的机械性能和电学性能。基片的晶格结构和热膨胀系数会影响薄膜的晶格结构和相组成，从而影响薄膜的物理性能和化学性能。为了获得高质量的薄膜，需要对基片进行严格 的表面处理和清洁，确保其表面粗糙度、清洁度、晶格结构和热膨胀系数等特性满足工艺要求。同时，在沉积过程中需要对基片进行适当的加热和冷却处理，以获得最佳的薄膜质量和 性能。
压力的影响
总结词
压力也是影响薄膜生长的重要因素之一，它能够改变 气体分子的密度和碰撞频率，从而影响化学反应速率 和物质输运过程。
详细描述
在薄膜生长过程中，压力的变化会影响气体分子的浓度 和分布，从而影响化学反应速率和物质输运过程。在化 学气相沉积等工艺中，反应气体分子的浓度和碰撞频率 对于薄膜的生长和质量具有重要影响。在一定压力范围 内，提高压力可以增加气体分子的碰撞频率和反应速率 ，有利于薄膜的生长。但过高的压力可能导致设备承受 过大负荷或引起其他工艺问题。因此，选择合适的压力 对于控制薄膜的生长同样具有重要意义。
面形成薄膜。

薄膜材料物理之薄膜的形成PPT(25张)

薄膜材料物理之薄膜的形成PPT(25张)

•
2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
•
3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
•
4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
淀 积 速 率 淀 积 的 材 料 量
1、核的饱和密度
初始：每个稳定核（原子对）的捕获面积为：S=m（a
1 n0
）
ma

v p

v1
exp(Epx
/
kT
)


1 v0
exp( EP
/ kT )

是每个吸附原子迁移接触到的吸附点（并成核）
n0 基片单位面积上的吸附点数
/ kT
)
S

n
,
即在初始完全不凝结的情况下，基片温度升高时，成核数增加.
而在初始完全凝结的情况下，基片温度升高时，
成核数减小（但稳定核线度变大）.
证明如下：
n m c n0 , n R c ,
ma P

mc c

v

v1 exp( E Px
/ kT
),
v吸附原子迁移速度
Ii niAV
=n0(vR 0n0)i exp(iEP/kT)exp(Ei /kT)ARa0(vv10)exp[(EP EPX)/kT]
Ra0An0(vR 0n0)i
exp((i1)EPEi EPX kT
)
应用： 改变基片温度，可使临界核从一种原子团过渡到另一种原子团.
因为在转变温度时，两种临界核长成为稳定的速率是相等的. 例如：单原子核双原子核I1I2,求出转变温度T1.

薄膜物理课件文字

薄膜物理课件文字

第一章真空的基本知识§1. 真空的定义、单位和真空区域的划分1.真空的定义气体的压强低于一个标准大气压的气态空间一标准大气压：g=980.665 cm/s2\T=273 K时，760mm水银柱高所施加的压强平衡状态下，气体宏观参量的重要关系式：P=nKT P=压强(Pa)2. 真空的单位：(1)帕 (Pa) 1 Pa=1 N/M2=10达因/cm2(2)乇 (torr)(3)mmHg(4)µbar(微巴) or bar1 torr=1 mmHg= 133.3 Pa1 Pa= 0.75×10-2 torr = 10达因/cm21 µbar= 1 达因/cm2 = 0.1 Pa3. 真空区域的划分(1) 粗真空：1×105 Pa > P >1×103 Pa (大约10 torr)(2) 低真空：1×103~ 1×10-1 Pa(3) 高真空： 1×10-1~1×10-6 Pa(4) 超高真空：<1×10-6 Pan< 1010个/cm3，不少高科技器件或材料只能在超高真空下才能获得§2.稀薄气体的基本性质1.气体的三种速率表达式最可几速率：算术平均速率：均方根速率：2.平均自由程的定义：气体两次碰撞之间所走路程的统计平均值a) 考虑到其它气体分子在运动，及气体速率有一定分布，作如下修正：§ 3. 气体的输运1. 抽真空过程中气体流动的三个过程(1) 初始阶段(气压较高、流速较大)出现湍流，起作用的是气体的惯性力(2) 气压较低时：粘滞性流动—各层速度不同，起作用的是层间相互摩擦力(3) 气压更低：分子性流动—分子间相互摩擦可忽略，流动完全有分子与器壁碰撞，即：湍流-粘滞性流动-分子性流动2. 气体量，流量及其表达式(1) 定义：气体量：气体体积×压强，即PV，单位：牛·米-2·米3=牛顿·米流量Q：单位时间流过的气体量Q=PV/t=牛·米/秒(2) 流量表达式： (长圆管道情况)a) 粘滞性流动时：第2章真空的获得§ 3 机械泵1. 机械泵的Pu : 5*10-4乇机械泵的用途：抽低真空；扩散泵、分子泵的前级真空泵机械泵的结构：由工作室、进气管、排气阀、油腔、气镇阀、马达构成工作室包括：定子、转子、旋片旋片装于转子上并将定子分成三部分：吸气空间；膨胀压宿空间；排气空间。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第五章
除油工艺条件如下： 磷酸钠, g/L 30～ 70 碳酸钠, g/L 20～ 25 氢氧化钠, g/L 5～ 15 水玻璃, g/L 10～ 20 T °C 70～ 90
溶液镀膜法
磷酸(d= 1. 7) , g/L 17～ 34 硫酸(d= 1. 8) , g/L 368～ 386 T , °C 0～ 10 电压,V 80～ 90 DA ,A / dm2 5～ 10 脉冲频率, 脉冲ö分120～ 40
电沉积的基本原理
络合物镀液：镀液中的离子主要以络合离子形式存在 络合物镀液的基本成分是主盐和与主要放电金属离子起络合 作用的络合剂，络合剂可以是一种，也可以是几种 从络合物镀液中获得的镀层结晶细致，镀液的分散能力和深 镀能力也比较好
电沉积的基本原理
主盐浓度的影响 附加盐的影响 添加剂的影响 7.2 电沉积工艺对镀层质量的影响 阴极电流密度的影响 温度的影响 搅拌的影响 基体金属的影响 几何因素的影响 电学因素的影响
电沉积的基本原理
4. 电极的极化与过电位 电流通过电极使电极的电位偏离平衡电极电位的现象称为电 极的极化 把平衡电位与析出电位的差值称为析出过电位 极化可分为浓差极化、电化学极化和电阻极化等
电沉积的基本原理
5. 电沉积膜层的基本性能 膜层的基本性能有： 膜的密度、硬度、内应力、电阻率、强度、塑性、耐腐蚀性 等 电沉积膜层的密度一般大致和相应元素或合金接近，但如果 镀层中夹杂着其他物质或有很多孔隙则会影响到镀层的密度 值
电沉积的基本原理
8. 合金电沉积的基本理论 8.1 合金电沉积的特点 (1) 合金电沉积的过程复杂 (2) 合金镀层具有许多单金属镀层所不具备的特殊性能 a. 合金镀层与组成它的单金属镀层相比，合金镀层可能更平 整、光亮、结晶细致 b. 许多合金具有特殊的物理性能，如镍铁、镍钴或镍钴磷合金 具有导磁性，低熔点合金镀层如铅锡、铅锌合金可用作铅焊 镀层 c. 合金镀层中组分及比例选择合适，则该合金镀层就有可能比 组成它们的单金属合金镀层更耐腐蚀，如铅锡、锌镍、锌铁 合金镀层等
电沉积的基本原理
电沉积的基本原理
影响电沉积膜层的主要因素 电沉积溶液的体系不同、工艺参数不同、加入的添加剂不 同，甚至含有不同的杂质都会影响膜层的硬度
电沉积的基本原理
7. 影响电沉积膜层的主要因素
7.1 溶液组成的影响 单盐镀液：是指主盐在水溶液中离解后，以简单金属离子形 式存在的镀液 单盐镀液中除了主盐之外，还含有导电盐和稳定镀液pH值的 缓冲剂等，如氯化物镀液中的氯化钾或氯化钠、硼酸等 为了改善镀层表面质量，不少单盐镀液中还加入添加剂来提 高镀层的光亮、整平性以及降低镀层应力等性能 在单盐镀液中，简单金属离子还原时的阴极极化作用不大， 所以镀层结晶一般比较粗造，而且镀液的分散能力和深镀能 力也比较差，因此必须加入适当的添加剂和光亮剂
第五章
第一节 电沉积
一、金属镀层的电沉积基础 1. 电沉积的基本概念
溶液镀膜法
利用电化学方法在直流电场的作用下，在一定的电解质溶液 (镀液)中由阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子沉积 到阴极(镀件)表面上的过程
电沉积
电沉积
2. 电沉积的种类和应用
根 据 技 术 的 种 类
电镀 电刷镀 化学镀
电沉积
2. 法拉第定律与电流效率 法拉第定律 电流通过电解液时，在电极析出或溶解的物质的量与通过的 电量成正比
M CQ
M：物质的量 Q：电量 C：比例常数
M CIt
I：电流 t：通电时间
电沉积的基本原理
在电极上每析出或溶解1电化学当量的任何物质所需的电量 都是1F(法拉第)即96500 C(库仑) 电化学当量是该物质的相对原子质量与它在电极反应时得失 的电子数之比，并以 g/F为单位 例如镍的相对原子质量是58.69，电极反应时的电子得失数是 2，那么镍的电化学当量为 58.69/2 = 29.35 g/F
(3) 合金镀层具有用热熔法制备的合金所不具备的特点
a. 可用电沉积方法获得平衡相图中没有的、与冶炼合金明显 不同的物相。如SnNi合金 b. 电沉积合金与用热熔法所得到的同种合金相比，电镀合 金 硬度更高，耐磨性更好。
电沉积的基本原理
8.2 合金共沉积的基本条件
(1) 两种金属至少有一种金属离子能从其盐的水溶液中沉积 出来。这是金属共沉积的必要条件(而不是充分条件)，并 不一定要求各组分金属都能单独地从水溶液中沉积出来
钛及钛合金是一种质轻、刚度大、硬度低、耐蚀性强的特殊金属 材料, 具有许多优良性能, 在国防尖端科技领域和民用工业方面均 广泛使用。但尽管钛及钛合金在许多独立的环境中具有极强的抗 蚀性能, 但在与其它金属接触共存时, 会产生危害性很大的接触腐 蚀。虽然钛材在空气中产生的自然氧化膜具有一定的抗蚀性, 但其 耐磨、硬度、厚度等各方面的综合性能都不能达到实际应用需要
电沉积的基本原理
化学镀镍是利用镍盐溶液和钴盐溶液，在强还原剂次磷酸盐 的作用下，使镍离子和钴离子还原成金属镍和钴，同时次磷 酸盐分解析出磷，在具有自催化表面的基体上，获得镍磷合 金或镍钴磷的合金 H2PO2- + H2O Ni2+ + 2H 2H H2 H2O + OH- + P HPO3- + 3H+ +Ni HPO3- + H+ + 2H Ni + 2H+
微弧氧化沉积法
Anode
Cathode
Air H2O
DC power supply
Electrolyte
Sample
220 V
H2O
图2-1 微弧氧化装置的图示 Fig. 2-1 Schematic representation of microarc oxidation setup
微弧氧化沉积法
电沉积的基本原理
能够用化学镀沉积的金属有Ni、Cu、Co、Ag、Pd、Pt等以 及相应的合金。目前应用最多的是化学镀镍和化学镀铜 化学镀有以下优点： (1) 可在复杂的镀件表面形成均匀的镀层 (2) 镀层的孔隙率低 (3) 可直接在塑料、陶瓷、玻璃等非导体上进行沉积镀膜 (4) 镀层具有特殊的物理和化学性质 (5) 不需要电源，没有导电电极
(2) 要使两种金属离子在阴极共沉积，它们的沉积电位必须 十分接近或相等，如果相差太大的话，电位正的金属优 先沉积，甚至完全排斥电位较负的金属析出
电沉积的基本原理
3. 实现金属共沉积的措施 (1) 改变金属离子的浓度 (2) 采用络合剂 (3) 采用添加剂
电沉积的基本原理
9. 复合电沉积机理 复合电沉积又称为分散电沉积，它是将不溶性的固体微粒(如氧 化物、碳化物、金属粉末等)加入到电镀液中，使其与溶液中金 属离子复合共沉积 微粒与金属共沉积可以分为以下三个步骤： (1) 悬浮于镀液中的微粒，由本体溶液向阴极表面附近输送 (2) 微粒粘附于电极上 (3) 微粒被阴极析出的基质金属嵌入
H2PO2- + H+
Ni2+ + H2PO2- + H2O
第五章
第二节 阳极反应沉积法
溶液镀膜法
铝、钽、钛、铌等阀金属或合金，在适当的电极液中作阳极并 加上一定的直流电压时，由于电化学反应在阳极金属表面上形 成氧化物薄膜，这个过程称为阳极氧化
第五章
阳极氧化分类：
溶液镀膜法
恒压阳极氧化和恒流阳极氧化
第五章
溶液镀膜法
利用阳极氧化法制备的T2O5 和Al2O3等介质薄膜已在电子工业 中得到了应用 Ti及Ti合金等生物医用材料已在牙科中获得了应用
第五章
第三节 微弧氧化沉积法 一、微弧氧化 1. 微弧氧化的概念
溶液镀膜法
它是将Al、Ti、Mg、Zr、Ta、Nb等金属及其合金(阀金属)置 于电解液中，利用电化学方法，在该材料表面微孔中产生火花 放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下，生 成陶瓷膜层的阳极氧化方法 它阳极氧化基础上发展起来的，但它在机理上，工艺上以及所 生成的陶瓷膜性能上. 化学镀
化学镀是不外加电源，在金属表面的催化作用下经控制化学 还原法进行的金属沉积过程 化学镀过程的实质是氧化还原反应，在这一过程中，虽然无 外加电源提供金属离子还原所需要的电子，但仍有电子的转 移 金属还原所需的电子，是依靠溶液中的化学反应来提供，是 靠化学反应物之一的还原剂来提供
微弧氧化沉积法
3. 微弧氧化过程概述 微弧氧化可以分为四个阶段： (1) 无火花放电的阳极氧化阶段 (2) 火花放电阶段 (3) 微弧氧化阶段 (4) 弧氧化阶段 将Ti、Al、Mg等阀金属及其合金置于电解质水溶液中，通电 后，Ti、Al、Mg等阀金属及其合金的表面立即生成一层很薄 的金属氧化物薄膜
电沉积的基本原理
镀液的分散能力：一定的条件下使沉积金属在阴极零件表面 上的分布均匀的能力 镀液的分散能力与阴极过电位、溶液电导率、阴极电流密 度、电流效率等有关 镀液的深镀能力：一定的条件下使沉积金属在阴极零件表面 上全部覆盖的能力 通常，分散能力好的镀液，其覆盖能力也好，但覆盖能力好 的镀液，其分散能力不一定好
电沉积的基本原理
d. 不能从水溶液中单独析出的钨、钼、钛、钒等元素，但可 以和过渡元素(铁族)在水溶液中共沉积形成合金镀层，如 镍磷、镍钨、铁钨、铁钼等 e. 可通过控制工艺条件改变镀层色调，如各种颜色的银合 金、彩色镀镍及仿金镀层 f. 容易获得共熔点金属与低熔点金属形成的合金
电沉积的基本原理
电沉积的基本原理
电流效率
( M 0 / M ) 100 % (Q0 / Q ) 100 %
M0：电极上实际析出或溶解的金属的量 M：由总电量换算出的析出或溶解的金属量 Q0：由电极析出或溶解的金属的实际置换算出的电量 Q：电极上通过的总电量 电流效率一般与电镀溶液类型有关
电沉积的基本原理