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目录1

前言1

第1章 离子束表面工程技术概述1

1.1 离子束表面工程技术原理1

1.1.1 离子在固体中的碰撞和级联碰撞1

1.1.2 注入离子浓度分布2

1.1.3 能量淀积和晶格损伤率3

1.1.4 热峰效应与热处理4

1.1.5 溅射系数的计算4

1.1.6 饱和注入量的简捷计算4

1.2 离子束注入的特点和局限性5

1.3 离子束表面工程技术的发展概况6

第2章 离子束注入技术8

2.1 离子束注入技术简介8

2.1.1 离子源9

2.1.2 几种典型的工业用离子注入机10

2.2 非金属离子注入13

2.2.1 氮离子注入13

2.2.2 碳离子注入金属21

2.2.3 硼离子注入钢23

2.2.4 氧离子注入金属26

2.2.5 气体离子注入材料表面改性综合比较28

2.3 金属离子注入31

2.3.1 金属蒸发真空弧（MEVVA）离子源金属离子注入31

2.3.2 钛离子注入钢表面改性31

2.3.3 重金属离子注入H13钢的摩擦学特性36

2.3.4 几种金属离子注入440C不锈钢38

2.4 离子注入WC合金钢39

2.5 离子注入改善TiN和TiC沉积膜特性43

2.5.1 三元固溶体的形成43

2.5.2 离子注入改善TiN沉积膜特性44

2.5.3 Al离子注入TiN和TiC的抗氧化特性48

2.5.4 几种离子注入TiN膜应力大小的比较49

2.6 长程离子注入51

2.7 双注入56

2.7.1 Ti＋C双注入56

2.7.2 Mo＋C和W＋C双注入59

2.7.3 V＋C双注入60

2.7.4 Co＋C双注入62

2.7.5 其他双注入的研究结果63

2.8 共注入63

2.8.1 Nb＋C共注入63

2.8.2 V＋C共注入64

2.9 离子注入材料的性能改善65

2.9.1 金属离子注入材料的性能65

2.8.3 W＋C共注入65

2.9.2 抗腐蚀特性67

2.9.3 离子注入抗氧化73

2.10 离子注入工业应用75

2.10.1 离子注入工业应用范围和应用实例概述76

2.10.2 英国哈威尔（Harwell）有限公司离子注入工业应用成果76

2.10.3 美国Zemet公司离子注入工业应用成果78

2.10.4 美国军事工业应用研究成果79

2.10.5 医疗方面的工业应用成果79

2.10.6 欧洲各国的离子注入工业应用80

2.10.7 弧源离子注入工业应用82

3.1.1 离子束增强沉积原理87

第3章 离子束增强沉积技术87

3.1 简介87

3.1.2 离子束增强沉积的几种结构88

3.1.3 离子束增强沉积的参数89

3.2 金属膜的制备和特性92

3.3 超硬陶瓷膜99

3.3.1 氮化钛膜（TiN）的制备和特性99

3.3.2 TiC膜的制备和特性111

3.3.3 AlN膜的制备和特性114

3.3.4 三元硬化膜的制备和特性117

3.4 类金刚石膜（DLC）119

3.5 固体滑润膜127

3.6 光学膜128

3.7 c-BN膜的制备和特性131

3.8 β-C3N4膜135

3.9 离子增强沉积的工业应用138

第4章 磁过滤离子束沉积技术144

4.1 简介144

4.1.1 磁过滤离子束沉积的原理和大颗粒的形成144

4.1.2 磁过滤弯管技术146

4.1.3 磁过滤系统管道传输特性148

4.2 磁过滤离子束金刚石薄膜沉积的应用152

4.3 Ti沉积改善H13钢抗腐蚀性能157

4.4 Ti＋C＋N共沉积膜的制备及其性能改善161

4.5 聚合物表面沉积165

4.5.1 沉积钨和钛165

4.5.2 非晶金刚石薄膜的合成167

4.6 Mo＋C和Ti＋C共沉积MoC膜和TiC膜工艺和特性168

4.7 Ti＋Fe＋C三元共沉积膜的特性170

4.8 靶加热NbN沉积膜的特性172

4.9 高压负脉冲沉积薄膜特性174

4.10 超厚膜的形成178

4.11 离子束沉积178

4.11.1 离子束沉积设备178

4.11.2 直接离子束沉积原理和技术180

4.11.3 DLC膜沉积计算机硬盘保护182

4.11.4 C3N4膜的沉积和特性186

4.12 降低膜的内应力途径187

4.13 增强膜与基体粘合强度的途径191

4.14 DLC膜的制备、特性和应用197

4.15 磁过滤制膜特性和应用综述200

第5章 全方位离子注入技术203

5.1 全方位离子注入的原理203

5.2 PSII技术的特点和局限性205

5.3 PSII离子注入设备的改进206

5.4 PSII离子注入实验210

5.4.1 PSII离子注入条件210

5.4.2 注入层结构分析211

5.4.3 离子注入硬度实验217

5.4.4 PSII离子注入材料表面摩擦学特性和抗磨损特性221

5.4.5 抗腐蚀特性228

5.4.6 接收量与工件形状的关系230

5.5 PSII沉积膜的制备和特性231

5.5.1 金属膜沉积231

5.5.2 TiN膜沉积234

5.5.3 CrN膜沉积236

5.5.4 Er2O3膜沉积237

5.5.5 BC膜沉积237

5.5.6 DLC膜沉积238

5.5.7 脉冲参数对沉积膜特性的影响246

5.5.8 离子注入、氮化工艺与PSII工艺比较249

5.6 PSII工业应用254

5.6.1 工业应用实例254

5.6.2 模具处理效果255

5.6.3 刀具处理255

5.6.4 塑料瓶内壁DLC膜沉积256

5.6.5 不锈钢管内孔DLC膜沉积256

5.7 PSII加工优点及模具加工方法257

5.7.1 PSII加工的优点257

5.7.2 模具PSII加工条件和模具抗磨损量化测量258

5.8 工业用PSII注入机262

6.1 强脉冲离子束的形成266

第6章 强脉冲离子束材料改性技术266

6.2 某些重要的强脉冲离子束设备271

6.2.1 TEMP加速器271

6.2.2 MUK加速器273

6.2.3 ANACONDA加速器275

6.2.4 CHAMP加速器275

6.2.5 ETIGO加速器的MID二极管和薄膜沉积277

6.2.6 大面积均匀束的改进277

6.3 国外IPIB加速器工作参数278

6.4 高能离子射程分布279

6.5.1 强脉冲注入材料的受热过程281

6.5 强脉冲注入能量淀积281

6.5.2 熔化区域的确定283

6.5.3 应力波效应284

6.5.4 间隙原子产生密度与冲击波的关系285

6.5.5 计算结果举例286

6.5.6 计算的主要结果293

6.6 IPIB脉冲注入表面改性293

6.6.1 表面形貌和表面粗糙度的变化294

6.6.2 表面硬度297

6.6.3 结构变化和相变304

6.6.4 摩擦系数307

6.6.5 IPIB注入金属抗磨损特性310

6.6.6 IPIB辐照抗氧化特性312

6.7 IPIB技术的工业应用313

6.7.1 钻头延长寿命313

6.7.2 丝锥延长寿命313

6.7.3 汽轮机叶片延长寿命试验313

6.7.4 IPIB辐照沉积技术318

6.7.5 纳米粉末的制备319

6.7.6 表面淬火319

6.7.7 工业应用的综合评述319

6.8 IPIB技术的特点320

7.1.1 研究对象322

7.1 离子注入改善沉积膜特性322

第7章 离子束创建新型制膜工程322

7.1.2 离子注入过渡层和梯度膜的制备324

7.1.3 离子注入改善沉积膜的特性325

7.2 离子束沉积膜的物理特性和应用实例328

7.3 离子束多层膜优化技术329

7.3.1 多层膜的制备技术329

7.3.2 多层膜改善WC-Co基体特性330

7.3.3 多层DLC膜沉积特性338

7.4 离子束纳米组装技术359

7.4.1 多层纳米膜的理论考虑和试验研究359

7.4.2 金属基多层硬化膜沉积366

7.4.3　 WC基体多层纳米膜沉积的工业应用382

7.5 多层膜沉积切削工具工业应用387

第8章 离子束技术发展展望391

8.1 离子注入的特色391

8.1.1 独具特色的离子注入391

8.1.2 离子注入改善沉积膜机械特性、化学特性和粘合特性391

8.2 多功能离子束技术的发展392

8.2.1 离子溅射、离子混合和薄膜沉积技术392

8.2.2 全方位离子注入与沉积技术的结合392

8.3 离子注入与离子镀技术结合沉积多层纳米薄膜393

参考文献394