材料研究与应用著作：低温等离子体表面强化技术 [Low Temperature Plasma Surface Strengthening Technologies] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘爱国 著

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• 低温等离子体
• 表面处理
• 材料强化
• 表面工程
• 等离子体技术
• 材料科学
• 材料工程
• 表面改性
• 薄膜技术
• 工业应用

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560344348

版次：1

商品编码：11887468

包装：精装

丛书名： 材料研究与应用著作

外文名称：Low Temperature Plasma Surface Strengthening Technologies

开本：16开

出版时间：2015-09-01

用纸：胶版纸

页数

内容简介

　　《材料研究与应用著作：低温等离子体表面强化技术》从实际应用角度阐述低温等离子体在表面强化领域的应用。首先对低温等离子体的本质、不同等离子体源的特性进行了探讨，然后介绍等离子体辅助物理气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、等离子体辅助热处理、等离子体浸没离子注入与沉积、电弧喷涂、等离子喷涂以及堆焊等各种低温等离子体表面强化技术的原理、设备和应用。
　　《材料研究与应用著作：低温等离子体表面强化技术》可作为从事材料表面强化工作的技术人员、高等学校相关专业研究生和高年级本科生的参考书。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 机械零部件的失效
1．2 磨损失效
1．3 腐蚀失效
1．4 低温等离子体表面强化
参考文献

第2章 等离子体与等离子体源
2．1 等离子体的概念和特点
2．1．1 等离子体
2．1．2 等离子体产生的方式
2．1．3 等离子体的温度
2．1．4 等离子体的特点
2．2 冷等离子体
2．2．1 直流辉光放电等离子体
2．2．2 脉冲辉光放电等离子体
2．2．3 磁控等离子体
2．2．4 电容耦合射频等离子体
2．2．5 电感耦合射频等离子体
2．2．6 微波等离子体
2．3 热等离子体
2．3．1 电弧
2．3．2 真空电弧等离子体
2．3．3 等离子弧
2．3．4 等离子弧的压缩作用
2．3．5 等离子弧的分类
2．3．6 等离子弧的特点
2．4 等离子体源
2．4．1 热阴极等离子体源
2．4．2 电容耦合射频等离子体源
2．4．3 电感耦合射频等离子体（ICP）源
2．4．4 螺旋波等离子体源
2．4．5 微波等离子体源
2．4．6 空心阴极等离子体源
2．4．7 金属蒸气真空电弧（MEVVA）等离子体源
2．4．8 磁控管
参考文献

第3章 等离子体辅助物理气相沉积
3．1 物理气相沉积的概念和分类
3．2 溅射沉积
3．2．1 溅射沉积的原理
3．2．2 直流溅射沉积
3．2．3 射频溅射沉积
3．2．4 磁控溅射沉积
3．3 真空电弧沉积
3．3．1 真空电弧沉积的原理及其优缺点
3．3．2 真空电弧沉积的宏观颗粒污染
3．3．3 阳极电弧沉积
3．4 离子镀
参考文献

第4章 等离子体增强化学气相沉积
4．1 等离子体增强化学气相沉积的原理
4．1．1 等离子体对CVD过程的影响
4．1．2 PECVD沉积薄膜的形成过程
4．2 等离子体增强化学气相沉积的特点
4．2．1 PECVD的优点
4．2．2 PECVD的缺点
4．3 等离子体增强化学气相沉积技术
4．3．1 PECVD技术分类
4．3．2 PECVD工艺装置
4．3．3 PECVD工艺参数
4．3．4 直流等离子体增强化学气相沉积技术（DC-PECVD）
4．3．5 脉冲直流等离子体增强化学气相沉积（脉冲DC-PECVD）
4．3．6 射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）
4．3．7 微波等离子体增强化学气相沉积（MW-PECVD）
4．3．8 电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）
参考文献

第5章 等离子化学热处理
5．1 等离子渗氮
5．1．1 等离子渗氮原理
5．1．2 等离子渗氮钢的组织
5．1．3 等离子渗氮工艺参数
5．1．4 等离子渗氮设备
5．1．5 等离子渗氮优缺点
5．1．6 等离子渗氮新进展
5．2 等离子渗碳
5．2．1 等离子渗碳原理
5．2．2 等离子渗碳组织
5．2．3 等离子渗碳工艺参数
5．2．4 等离子渗碳设备
5．2．5 等离子渗碳优缺点
5．3 等离子渗氮碳
5．3．1 等离子渗氮碳原理
5．3．2 等离子渗氮碳组织
5．3．3 等离子渗氮碳工艺参数
5．4 等离子渗金属
5．4．1 双层辉光等离子渗金属原理
5．4．2 双层辉光等离子渗金属组织
5．4．3 双层辉光等离子渗金属工艺参数
5．4．4 双层辉光等离子渗金属特点
5．4．5 双层辉光等离子渗金属设备
5．4．6 双层辉光等离子渗金属技术的发展
参考文献

第6章 等离子体浸没离子注入与沉积
6．1 等离子体浸没离子注人原理
6．1．1 等离子体浸没离子注入原理
6．1．2 动态鞘层扩展模型
6．1．3 PIII的优缺点
6．2 PIII设备
6．2．1 真空系统
6．2．2 等离子体源
6．2．3 高压系统
6．2．4 供气系统
6．3 等离子体浸没离子注入与沉积
6．4 金属等离子体浸没离子注入与沉积
6．5 PIIID在耐磨防腐方面的应用
参考文献

第7章 电弧喷涂
7．1 电弧喷涂的原理和特点
7．1．1 电弧喷涂的原理
7．1．2 电弧喷涂的特点
7．2 电弧喷涂设备
7．2．1 电弧喷涂主体设备
7．2．2 电弧喷涂辅助设备
7．3 电弧喷涂工艺
7．3．1 喷涂前处理
7．3．2 主要喷涂工艺参数
7．3．3 涂层的后处理
7．4 电弧喷涂材料
7．4．1 涂层材料的分类及对涂层材料的基本要求
7．4．2 电弧喷涂用金属丝材
参考文献

第8章 等离子喷涂
8．1 等离子喷涂的原理和特点
8．1．1 等离子喷涂的原理
8．1．2 等离子喷涂的工作气体
8．1．3 等离子喷涂的特点
8．1．4 等离子喷涂的分类
8．2 等离子喷涂设备
8．2．1 电源
8．2．2 控制系统
8．2．3 等离子喷涂枪
8．2．4 送粉器
8．2．5 水冷系统
8．3 等离子喷涂工艺参数
8．4 等离子喷涂涂层的形成和结构
8．5 等离子喷涂涂层的性能及其检测
8．5．1 涂层外观
8．5．2 涂层结合强度
8．5．3 涂层孔隙率
8．5．4 涂层厚度
8．5．5 涂层硬度
8．5．6 涂层耐蚀性
8．5．7 涂层耐磨性
8．5．8 热震性能
8．6 等离子喷涂材料
8．6．1 对等离子喷涂材料的要求
8．6．2 金属粉末
8．6．3 陶瓷粉末
8．6．4 其他粉末
8．7 其他等离子喷涂方法
8．7．1 超音速等离子喷涂
8．7．2 微束等离子喷涂
8．7．3 低压等离子喷涂
8．7．4 感应等离子喷涂
8．7．5 液相等离子喷涂
8．7．6 反应等离子喷涂
8．7．7 三阴极轴向送粉等离子喷涂
8．8 等离子喷涂的危害及安全防护
8．8．1 等离子喷涂的危险及危害因素
8．8．2 等离子喷涂的安全防护
参考文献

第9章 堆焊
9．1 手工电弧堆焊
9．2 埋弧堆焊
9．3 熔化极气体保护堆焊
9．4 钨极氩弧堆焊
9．5 自保护药芯焊丝明弧堆焊
9．6 冷金属过渡（CMT）堆焊
9．7 等离子粉末堆焊
9．8 等离子熔化注射和氩弧熔敷注射
参考文献

术语索引

前言/序言

　　等离子体常被人们称为物质的第四态，这说明它从本质上和我们常见的物质是相同的，但在形态上和物质的气态、液态、固态又有非常大的差别。通过对这些差异的有效利用，人们可以获得一些通过物质常规状态无法获得的有利性能。其中之一，就是把等离子体用在材料表面性能的改变上，特别是金属材料表面性能的强化上。通过使用等离子体作为表面强化的处理环境或处理材料，可以在材料表面获得更高的耐磨性、耐蚀性、耐热性等多种所需的性.能。
　　按照等离子体所处的温度范围，将工业中应用的等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。用于材料表面强化的属于低温等离子体。低温等离子体具有化学活性高，能够和电磁场产生相互作用的特点，在表面强化领域有着得天独厚的优势。采用等离子体进行表面强化处理，可以降低处理温度、加快处理速度、提高处理质量、增强强化效果、降低处理成本、延长零部件使用寿命。
　　本书从实际应用角度阐述低温等离子体在表面强化领域的应用。首先对低温等离子体的本质、不同等离子体源的特性进行探讨，然后介绍等离子体辅助物理气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、等离子化学热处理、等离子体浸没离子注入与沉积、电弧喷涂、等离子喷涂以及堆焊等各种低温等离子体表面强化技术的原理、设备和应用。
　　本书打破了传统学科领域划分的薄膜制备技术、涂层制备技术、熔敷堆焊技术之间的界限，从低温等离子体的共性及本质出发，对不同的低温等离子体表面强化技术的原理、特性和局限性进行了探讨，揭示出不同表面强化技术的共同本质，为跨越传统界限的低温等离子体表面强化技术找到了理论基础，将对新的低温等离子体表面强化技术的诞生起到促进作用。
　　本书由沈阳理工大学刘爱国、孙焕焕、孟凡玲撰写，其中第1、2、3、6、7、9章由刘爱国编写，第4、5章由孙焕焕编写，第8章由孟凡玲编写。
　　本书可作为从事材料表面强化工作的技术人员和高等学校相关专业研究生和高年级本科生的参考书。
　　由于时间仓促，作者水平有限，书中疏漏在所难免，请同行专家不吝赐教。

材料研究与应用前沿探索：热力学、动力学与材料性能的宏观调控 内容提要： 本书聚焦于当代材料科学与工程领域中至关重要的热力学基础、动力学过程及其在宏观材料性能调控中的应用。全书深入探讨了多相材料体系的相变机制、非平衡态下的演化规律，以及这些基本原理如何指导新型功能材料的设计与制备。重点内容涵盖了从原子尺度到宏观尺度的能量传递、扩散行为、界面反应动力学，以及这些过程如何影响材料的力学、电学、光学和热学特性。此外，本书还详细阐述了先进的计算模拟方法，如分子动力学模拟、蒙特卡洛方法和密度泛函理论在解析复杂材料行为中的应用，并结合了高分辨率表征技术，为材料工程师和研究人员提供了一套系统的理论框架和实践指导。 第一章：材料热力学基础与相平衡 本章构建了理解材料行为的基石——热力学原理。详细阐述了吉布斯自由能、焓变和熵变在材料稳定性和相变驱动力中的核心作用。特别关注了非理想溶液和固溶体的热力学处理，包括拉乌尔定律和亨利定律的扩展应用。 多组分体系的相图解析： 深入剖析了二元、三元相图的构建与解读，重点讨论了共晶、共熔、包析和非变质反应的特征。通过实际案例，展示如何利用相图指导合金成分设计和热处理工艺。 界面热力学： 阐述了表面能、界面能对材料微观结构和宏观性能的显著影响。讨论了晶体与非晶态、液相与固相界面的能量特性，以及毛细作用在粉末冶金和液相烧结中的热力学驱动力。 非平衡态热力学初步： 引入了远离平衡态体系的描述方法，探讨了在快速冷却、高能冲击等极端条件下，传统平衡热力学模型的局限性与修正方向，为理解快速凝固和非晶材料的形成奠定基础。 第二章：材料动力学与扩散行为 动力学是理解材料演化过程的关键。本章聚焦于原子和缺陷的迁移，这是所有材料加工和服役过程中结构演化的根本机制。 扩散理论的深度剖析： 全面回顾了菲克扩散定律，并深入探讨了晶体缺陷（空位、间隙原子、位错）对扩散系数的激活能影响。区分了晶界扩散、表面扩散与体相扩散的相对重要性。 非稳态扩散与快速过程： 针对快速热处理、薄膜生长等非稳态过程，引入了考虑扩散源和汇的复杂模型。详细分析了 Kirkendall 效应及其在界面迁移中的定量描述。 反应动力学与界面控制： 探讨了固-固、固-气、固-液反应的速率控制步骤。通过阿伦尼乌斯方程的应用，评估了温度、浓度梯度和催化剂（界面缺陷）对反应速率的影响，特别是在高温氧化和渗碳等过程中。 第三章：微观结构演化与性能耦合 本章将热力学驱动力和动力学过程整合起来，分析其如何共同决定材料的微观结构，并最终量化宏观性能的提升或退化。 晶化与析出动力学： 深入研究了过冷液体中形核（一次形核、非均相形核）和长大过程的机制，包括岛状生长、层状生长等模式。分析了析出相的尺寸分布、体积分数与时间的关系，及其对机械强度的强化作用（析出强化机制）。 晶界迁移与晶粒生长： 阐述了驱动晶粒粗化的热力学势（晶界能）和晶界运动的动力学阻力（杂质拖曳、双面拖曳）。探讨了通过添加钉扎相（如碳化物）来有效抑制晶粒过度生长的工程策略。 复杂形变的本构关系： 结合微观结构演变，推导和应用了描述材料在高温蠕变、疲劳和应变时效过程中行为的本构方程。重点关注位错运动、孪晶、相变孪晶等塑性变形机制的动力学规律。 第四章：计算材料学与先进模拟方法 为精确预测和解释复杂材料行为，本章系统介绍了先进的计算工具和方法，它们是连接微观机制与宏观性能的桥梁。 分子动力学 (MD) 模拟的应用： 详细介绍了如何构建和校准势函数（如 EAM、MEAM 势），用以模拟材料在高温、高应力下的原子运动轨迹。MD 在模拟扩散通道、位错核心结构、以及快速冷却过程中的非晶形成等方面的优势。 蒙特卡洛 (MC) 方法与相场模型： 阐述了 MC 方法在研究平衡态相变、缺陷有序-无序转变中的应用。重点介绍了相场法（Phase-Field Method），它如何有效地将微观驱动力（界面能）与宏观形貌演化（如裂纹扩展、析出物形状演变）耦合起来。 第一性原理计算： 概述了密度泛函理论 (DFT) 在计算材料基态性质、电子结构、反应能垒方面的能力。强调了如何利用 DFT 预测扩散的激活能和特定界面反应的稳定性，为实验设计提供理论指导。 第五章：功能材料的热力学与动力学控制 本章将前述理论应用于具体的先进功能材料体系，展示如何通过精确控制热力学和动力学参数来定制材料性能。 陶瓷与复合材料的烧结动力学： 分析了液相烧结、固相烧结过程中，液相扩散、固相扩散和界面迁移的协同作用。讨论了如何通过控制烧结温度和时间曲线，以获得高密度、高均匀性的结构。 电化学材料的界面动力学： 聚焦于电池电极材料、燃料电池电解质中离子的传输和界面反应。讨论了查诺克-德拜 (Cahn-Hilliard) 理论在电化学界面不稳定性分析中的应用，以及如何通过优化界面结构来提高充放电效率和循环寿命。 热电材料的能带结构与缺陷工程： 探讨了热电材料中载流子浓度、塞贝克系数与晶格热导率之间的热力学权衡。分析了通过引入特定点缺陷或纳米结构来降低晶格热导的动力学机制，以最大化材料的性能因子 (ZT)。 结语： 本书旨在提供一个关于材料系统宏观性能如何源于热力学驱动与动力学实现过程的统一视角。通过对这些基础原理的深入理解和先进计算方法的应用，研究人员将能更有效地设计和开发下一代高性能结构材料和功能材料。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！我一直对材料科学领域的新技术充满好奇，尤其是那些能够显著提升材料性能但又不会对原有结构造成破坏的方法。低温等离子体技术，光听名字就觉得充满了科技感和未来感。我一直以为等离子体技术离我们很远，只会在一些高端实验室里出现。但这本书的出现，让我看到它在“表面强化”这个具体应用上的巨大潜力。 我最感兴趣的是它能够如何“强化”材料的表面。想象一下，通过一种非接触、温度极低的方式，就能让原本普通的金属、陶瓷甚至聚合物，获得更高的硬度、更强的耐磨性、更好的耐腐蚀性，甚至赋予其特殊的导电或绝缘性能。这对于航空航天、汽车制造、电子器件、医疗器械等行业来说，简直是革命性的！书中关于各种等离子体源（如辉光放电、介质阻挡放电、射频等离子体等）的详细介绍，以及它们在不同材料上的应用案例，都让我觉得既专业又实用。我尤其期待书中能够深入探讨不同等离子体参数（如功率、频率、气体种类、处理时间等）对表面强化效果的影响机制，这对于实际操作和工艺优化至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题就足够吸引人了——“低温等离子体表面强化技术”。听起来就像科幻小说里才会出现的黑科技，但我深知材料科学的发展日新月异，很多过去难以想象的技术正在逐步走进现实。我一直对如何提升材料的寿命和性能感到着迷，尤其是在不改变材料主体结构的前提下，仅仅通过表面处理就能带来质的飞跃，这简直是“四两拨千斤”的智慧。 我特别关注书中关于等离子体与材料表面相互作用的微观机制的阐述。它究竟是如何在不大幅提高材料温度的情况下，改变其表面原子、分子的排列，从而实现硬度、耐磨性、粘附性等方面的提升？书中是否会详细介绍等离子体中的活性粒子（如自由基、离子、紫外光子等）如何与材料表面发生反应，以及这些反应如何影响材料的晶体结构、表面能、粗糙度等关键参数？我希望这本书能够为我解答这些疑问，并且提供一些实际的工艺参数和操作指南，让我能够将其中的知识与我正在进行的研究项目联系起来，寻找新的突破点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，绝对是当前材料科学领域一个非常前沿且极具潜力的研究方向。我之前接触过一些关于表面工程的著作，但大多集中在传统的物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等方法。这些方法虽然成熟，但在能耗、对基材的温度要求以及环保方面，总有些令人顾虑的地方。低温等离子体技术，正是解决了这些痛点，它提供了一种更为温和、高效的表面改性途径。 我特别好奇书中对于等离子体在不同介质（如气体、液体）中的生成和控制技术。要知道，等离子体生成本身就是一个复杂的过程，如何精确地控制等离子体的密度、温度、组分，以达到预期的表面强化效果，这其中蕴含着大量的工程智慧。书中是否会详细介绍不同类型的等离子体发生器（如微波等离子体、射频等离子体、直流辉光放电等）的特点、优缺点以及适用范围？另外，对于不同的应用场景，例如提高金属的耐腐蚀性、改善聚合物的生物相容性、制备功能性纳米涂层等，书中是否会提供具体的工艺流程和优化建议，让我能够更快速地将这些先进技术应用于实际生产和研发中？

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我都对那些能够“化腐朽为神奇”的材料改性技术充满兴趣。传统的材料处理方法，往往需要高温高压，或者引入大量的化学试剂，不仅耗能巨大，而且对环境也不太友好。而“低温等离子体表面强化技术”，这个标题本身就传递出一种高效、环保、绿色的信息，这正是我在当前材料研究领域所追求的方向。 我特别想知道，书中在介绍这项技术时，是如何平衡其“低温”和“强化”这两个看似矛盾的特性的。究竟是通过何种机制，使得等离子体中的活性粒子能够在不显著升高材料整体温度的情况下，对材料表面进行精确的改性？我希望书中能详细阐述等离子体激发过程中产生的各种活性物种（如中性自由基、活性原子、离子、紫外光子等）与材料表面发生化学反应、物理溅射、能量注入等过程。此外，我也非常关注书中对不同材料体系（例如金属、陶瓷、聚合物、复合材料等）的具体应用案例和效果分析。是否有实际的实验数据来支撑其性能提升的说法？例如，在经过等离子体处理后，材料的硬度、耐磨性、抗氧化性、疏水性/亲水性等关键性能指标，究竟能提升多少？这些实实在在的数据，对我判断这项技术的价值至关重要。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在翻阅这本书之前，我对“低温等离子体”这个概念的理解还比较模糊。我之前读过一些关于材料表面改性的书籍，但大多集中在传统的物理化学方法，比如热处理、化学镀等。这些方法往往需要高温，或者会引入额外的化学物质，有时会对材料本体造成不利影响。所以，当了解到低温等离子体可以在接近室温的条件下实现高效的表面强化时，我感到非常惊喜。 这本书给我最大的启示在于，它将一个看似抽象的科学概念，落地到了具体的工程应用层面。书中对不同材料（金属、半导体、高分子材料等）在低温等离子体处理后的性能变化进行了详实的阐述，并且配以大量的实验数据和图表，这让我能够直观地感受到这种技术的强大之处。我特别想了解的是，这种技术在解决一些长期困扰行业的材料性能瓶颈方面，究竟能发挥多大的作用。比如，在极端环境下工作的机械部件，或者需要超高纯净度的生物医用植入物，低温等离子体表面强化是否能提供更优的解决方案？书中对相关理论基础的讲解也十分到位，这有助于我理解其背后的物理化学原理，而不是仅仅停留在“知道有这么个技术”的层面。