电化学沉积薄制备技术--11讲解.ppt

薄膜材料制备技术及材料表面改性;1、电化学沉积薄制备技术 ;电化学沉积技术可以分为： 阴极电化学沉积 阳极电化学沉积阴极电化学沉积：薄膜材料在阴极得到。 其主要工艺过程包括： (1) 溶液中的还原剂（如H2O，NO3- ）及一些有机分子在阴 极被还原为碱基（OH-） (2) 溶液中的金属离子或络合物与阴极上的碱基（OH-）发 生反应生成薄膜材料或薄膜材料的前驱体。 (3) 后续热处理。;阳极电化学沉积：薄膜材料在阳极得到。其主要工艺过程包括： (1) 溶液中的低价阳离子在阴极表面被氧化为高价阳离子 (2) 高价阳离子与溶液中的碱基（OH-）反应生成各种功能 膜材料或其前驱体。 (3) 后续热处理。影响沉积电镀制备工艺的主要因素： 影响电沉积膜质量的主要因素包括电流、电压、温度、溶剂、溶液的PH值及其浓度、离子强度、基体表面状态等。 电流和电压的影响 不同的膜材料必须在一定范围的电压和电流条件下才能获得。但是沉 积过程中，随着沉积时间的变化，电流和电压均会相应变化：恒流沉 积时，电压逐渐升高；恒压沉积时，电流逐渐减小。;溶液浓度的影响 溶液浓度直接影响沉积膜的厚度、表面形貌、结构均匀性、组成及其 膜材料的性能。 例：Pb(NO3)浓度为 0.2 ~ 0.5M时，膜以金属Pb为主（金属光泽） 0.05 ~ 0.1M时，膜以Pb(OH)2为主（白色） 0.02时，膜以PbO为主（黄色）溶剂的影响 溶剂的种类（水性溶剂还是非水性溶剂）对膜材料的性能影响很大，水 性溶剂中，膜较厚，易于聚集长大，水被还原放出氢气，膜易呈多孔态， 非水性溶液中，膜材料很薄，可得到纳米态膜。  因此，可根据不同的应用要求选择不同的溶剂。;溶液的PH值 溶液的PH值对电化学反应和成膜反应都有较大的影响，通常只有在 一定的PH值范围内，才能形成指定结构的膜材料。 例如：由含镍离子和磷酸根离子的溶液制备钙磷生物陶瓷 PH 7时，沉积物为HAP（羟基磷灰石） PH 6.4时，沉积物为DCPD（磷酸氢钙） 6.4 PH 6.8时，OCP（磷酸钙）应用：在复杂氧化物功能膜方面有广泛的应用，已制备出超导膜、生物活性膜、铁电膜等。 ;2、离子注入和离子束沉积制备技术;离子注入技术的主要特点包括： ? 几乎所有的元素都可以注入，不受固溶度的限制 例如：Cu-W合金 ? 可以形成一般方法难以得到的非平衡结构与合金相 例如：Ni在钢中注入 ? 处理温度低，保证处理部件不受热变形 ? 纯粹的表面处理技术，不改变材料内部组织和结构 ? 采用微机控制，注入离子的浓度、深度和分布易于 控制和重复 ? 界面结合良好，界面层连续过渡。界面强度高 主要缺点： ? 注入层很薄，一般为数十埃到数千埃 ? 离子运动是直线运动，难以实现复杂构件的表面改性 ? 设备费用较贵 ;离子注入技术的 主要应用包括： 改善金属材料表 面特性 制备新的合金膜 材料 改善工具的表面 性能 ;离子束沉积：;二次离子束沉积（或称为离子束溅射沉积）：离子束一般为惰性气体，或反应性气体，以较高的能量（数百至数千ev）打到靶板上，靶板由要求沉积的材料组成，离子使靶材料溅射后沉积到基体上形成 一次离子束沉积的主要优点：沉积能量可以控制，并可对离子束的组份进行控制，可制备高纯度的沉积膜，一般制备单质膜。;二次离子束沉积则主要用于：沉积化合物膜，一般采用三种方式： (1) 用惰性气体离子束溅射金属靶或复合靶，往沉积靶 室内加入反应性气体：例如TiN沉积，Ti靶加上氮