表面与薄膜处理技术(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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固体材料的表面问题既已发展成一非常多样化的科技，很多出版的参考书籍以专题深入探讨或以工具书出现，不易为初学者所接受，也不适宜当教材之用。因此作者就重要的问题分成十二章讨论。这十二章的结构实际上可以看成五个部份，第一部份为基础篇，这些都是干式气相表面处理最常面临的技术。第二部份为气相技术篇，乃常见的干式气相表面处理技术。第三部份为液相技术篇，亦即最传统的表面处理技术，包括无极镀、化成、取代及电镀和电铸，阳极处理实际上相等于电化学反应的化成作用。第四部份为薄膜篇，包括薄膜的成长及微结构、薄膜的特性及量测。第五部份为前瞻篇，它们已脱离常见表面技术的章节，其中有微机电系统、奈米技术及表面的物理化学性质。本书适合大学、科大、技术学院机械工程、电机、电子材料、化学工程科系『薄膜技术』课程使用。

《现代材料科学与工程基础》 第一章 导论：材料科学与工程的宏观视野 本章旨在为读者构建一个理解现代材料科学与工程学科全貌的框架。我们将探讨材料在人类文明发展中所扮演的核心角色，从古代的青铜时代到信息时代的半导体革命，材料的进步始终是技术飞跃的基石。 首先，我们将界定“材料科学”与“材料工程”的内涵与区别。材料科学侧重于探索材料的结构、性能、加工与性能之间的内在联系，而材料工程则专注于利用这些科学知识来设计、开发和应用具有特定功能的材料体系。我们深入分析了材料分类的经典模型——金属材料、陶瓷材料、高分子材料以及新兴的功能材料（如复合材料、智能材料），并简要介绍了其在当前工业生产中的典型应用领域。 本章强调了“结构-性能关系”这一核心理念。材料的宏观性能（如强度、韧性、导电性）根植于其微观结构（原子排列、晶体缺陷、微相分布）。我们将引入描述材料结构的层次体系，从原子尺度、微观尺度到宏观尺度，为后续章节对特定材料体系的深入探讨奠定理论基础。同时，本章概述了材料工程设计流程的迭代性特征，强调了材料选择、制造工艺与最终应用环境之间相互制约和优化的过程。 第二章 晶体结构与缺陷理论 理解材料的内在秩序是掌握其性能的关键。本章将详细阐述晶体结构理论。我们将从描述晶格的几何基础——点阵、基矢和晶胞出发，系统介绍体心立方（BCC）、面心立方（FCC）以及六方最密堆积（HCP）等基本晶体结构。通过使用布拉维格模型，读者将能够精确描述和分析常见的晶体结构，并学会使用密勒指数（Miller Indices）来唯一标识晶面和晶向。 紧接着，本章深入探讨晶体缺陷。理想的完美晶体在热力学上是不稳定的，缺陷的存在对材料的宏观力学、电学和光学性能起着决定性的作用。我们将分类讨论零维缺陷（点缺陷，如空位和间隙原子）、一维缺陷（线缺陷，即位错）、二维缺陷（面缺陷，如晶界和孪晶界）以及三维缺陷（孔隙和夹杂物）。 特别地，本章将着重分析位错理论。位错，特别是刃型位错和螺型位错，是金属塑性变形的根本机制。我们将详细阐述位错的运动、交割和缠结过程，并引入位错密度与材料加工硬化现象的定量联系。对于陶瓷和半导体材料，本章还将讨论电荷中性和相容性在离子晶体缺陷形成中的重要性。 第三章 常用工程材料的微观结构与性能 本章将应用前两章建立的理论基础，对三大类传统工程材料进行系统的剖析。 3.1 金属材料 金属材料因其优异的导电性、导热性和延展性而广泛应用。本节将集中讨论相图（Phase Diagrams）在理解合金组织控制中的核心地位。我们将详细解读单组元、二元及简化的三元相图，重点分析共晶、共熔、固溶体形成等关键现象。随后，我们将考察热处理工艺（如退火、正火、淬火和回火）如何通过控制冷却速率和保温时间，改变微观结构（如铁素体、奥氏体、贝氏体、马氏体），从而实现对钢材强韧性等性能的精确调控。对于铝合金和铜合金等非铁金属，也将讨论其沉淀强化机制。 3.2 陶瓷材料 陶瓷材料的特点是高硬度、高耐磨性、优良的耐腐蚀性和高温稳定性，但通常具有脆性。本节将区分氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、非氧化物陶瓷（如碳化硅、氮化硅）以及玻璃/玻璃陶瓷。我们将讨论其离子/共价键的特性如何导致其高熔点和低延展性。特别关注晶界在陶瓷力学性能中的双重作用——晶界可以阻碍位错运动，提高强度；但在缺乏有效烧结或存在大量孔隙时，晶界也会成为裂纹扩展的易发路径。 3.3 高分子材料 高分子材料（聚合物）的性能高度依赖于其分子链结构。本章将阐述聚合反应类型（加成聚合与缩聚）、分子量及其分布对粘弹性能的影响。我们将区分热塑性塑料和热固性塑料，并分析结晶度、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）如何共同决定聚合物的使用温度范围和力学行为。取向度、交联密度以及增塑剂等对聚合物性能的调控作用也将被详细讨论。 第四章 材料的力学行为 力学性能是材料工程应用中的首要考量。本章系统地研究材料在不同载荷条件下的响应机制。 首先，介绍静力学行为：应力与应变的概念、弹性变形的胡克定律，以及屈服强度、抗拉强度和断裂韧性的定义与测量方法。我们将区分线弹性行为与非线性塑性行为，并探讨加工硬化曲线的物理意义。 其次，深入探讨断裂力学。本章将引入线性弹性断裂力学（LEFM）的核心概念，如应力强度因子（K）和断裂韧性（$K_{IC}$），用于评估材料抵抗裂纹扩展的能力。对于具有明显塑性区的材料，我们将探讨韧性断裂与慢速裂纹扩展（如疲劳）的机制。 再者，我们将考察材料在长期载荷下的行为，包括蠕变（Creep）——材料在恒定载荷和高温下随时间发生的塑性变形。本节将介绍蠕变过程的三个阶段及其本构关系。 最后，讨论疲劳（Fatigue）。疲劳是导致工程结构失效的最主要原因之一。我们将分析疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂过程，并介绍S-N曲线（Wöhler曲线）在预测材料寿命中的应用，以及提高抗疲劳性能的结构设计和表面处理策略。 第五章 材料的环境相互作用与失效分析 材料在使用环境中会发生复杂的物理和化学变化，导致性能退化乃至最终失效。本章侧重于分析这些环境因素。 5.1 腐蚀与氧化 腐蚀是金属材料面临的严峻挑战。我们将从电化学理论出发，阐述金属在湿润环境中发生的阳极溶解和阴极反应机理。重点分析不同腐蚀类型，包括均匀腐蚀、点蚀（Pitting）、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。针对腐蚀问题，本章将讨论保护策略，如牺牲阳极保护、外加电流保护、涂层保护以及合金化设计（如不锈钢的钝化膜）。同时，对高温氧化行为进行探讨，分析氧化膜的形成动力学和粘附性对材料寿命的影响。 5.2 辐射与老化效应 对于在高能辐射环境（如核反应堆或太空）中使用的材料，本章将分析辐射损伤的机理，包括原子移位、辐射硬化以及氢致脆化等。对于高分子材料，将阐述紫外线（UV）、臭氧和热老化对分子链断裂或交联的影响，以及如何通过添加稳定剂来延长其使用寿命。 5.3 失效分析基础 本节介绍失效分析的基本流程与工具。通过宏观和微观检查（如扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM）对断口形貌的解读，结合载荷历史和环境数据，重建材料的失效路径。例如，区分疲劳断口、脆性断口和蠕变断口特征，是工程实践中至关重要的一环。 第六章 功能材料导论 随着科学技术的发展，具有特定物理或化学功能的新型材料正成为研究热点。本章对这些新兴领域进行概览。 6.1 导电与半导体材料 本章将复习能带理论在解释导电性差异中的作用。详细分析半导体材料（如硅、锗）的本征与掺杂行为，引入费米能级概念，并讨论P型和N型半导体的载流子浓度控制。简要介绍半导体结（PN结）的工作原理及其在电子器件中的应用。 6.2 磁性材料 介绍磁性的微观起源（电子轨道与自旋磁矩），区分抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。重点分析铁磁性材料的磁畴结构、磁滞回线（矫顽力、剩磁、磁化率），并概述软磁材料（如硅钢片）和硬磁材料（如永磁体）的设计原则及其在电机和存储设备中的应用。 6.3 压电、热电与光学材料 简要介绍非中心对称晶体结构导致的压电效应（机械能与电能的相互转换）。讨论热电材料（如碲化铅）的热电优值（ZT），及其在温差发电和制冷中的潜力。最后，概述透明陶瓷、光纤材料在光电子学中的应用，以及如何通过控制折射率和吸收光谱来实现特定的光学功能。 第七章 材料的制备与加工概论 材料的性能不仅取决于其化学成分，更严重依赖于其制造过程。本章概述了将原材料转化为可用部件的关键工艺步骤。 我们将材料加工分为塑性加工、连接技术和增材制造。在塑性加工方面，探讨铸造（熔炼、凝固理论）、塑性变形（锻造、轧制、挤压）如何影响金属的晶粒细化和位错分布。 对于连接技术，简要介绍焊接、钎焊的冶金基础，以及胶接和扩散连接的优势与局限性。 最后，本章将引入现代增材制造（3D打印）技术，特别是选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等金属增材制造方法。分析这些方法在快速原型制作、复杂几何形状制造中的优势，同时也指出其在致密度、残余应力控制和组织均匀性方面带来的新挑战。 总结 《现代材料科学与工程基础》旨在提供一个连贯、全面的材料知识体系，涵盖从基础理论到实际应用的各个层面。通过对结构、性能、加工与环境相互作用的深入探讨，本书期望培养读者运用跨学科思维解决复杂工程问题的能力。

第1章　绪　论
一、表面处理的意义
二、表面处理的应用
三、表面处理的分类
四、技术选用考量因素
五、结　语

第2章　基本设备
一、温度的量测
二、真空系统

第3章　认识电浆
一、电浆的产生
二、电浆的特性
三、电浆的化学反应
四、电浆在表面技术上的应用

第4章　物理蒸镀
一、热力学
二、气体动力学
三、蒸　镀
四、蒸镀设备
五、合金蒸镀
六、化合物蒸镀
七、应　用

第5章　溅射镀膜
一、前　言
二、粒子的撞击
三、动能的转移
四、撞击效应
五、溅射的方法
六、溅射系数
七、溅射镀膜技术
八、靶　材
九、溅镀和热蒸镀的比较
十、应　用

第6章　化学气相蒸镀
一、前　言
二、化学问题
三、热力学的问题
四、化学动力学的问题
五、CVD设备及系统
六、应　用

第7章　液相表面处理
一、前　言
二、前处理
三、无极电镀
四、取代反应
五、化成被覆
六、电　镀
七、阳极处理
八、电　铸
九、废水处理

第8章　薄膜的成长及微结构
一、前　言
二、表面前清理
三、薄膜的成长
四、微结构
五、磊　晶

第9章　薄膜特性及量测
一、前　言
二、厚　度
三、薄膜特性
四、表面分析仪器
五、其他表面分析仪器

第10章　表面蚀刻及微机电系统
一、图样化及蚀刻
二、微机电系统
三、硅制程

第11章　奈米技术
一、奈米材料
二、奈米科技发展史
三、奈米合成和表面技术
四、奈米材料之特征
五、奈米材料之应用
六、结　语

第12章　表面的物理化学性质
一、前　言
二、表面张力
三、电　湿
四、L-B薄膜

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我一直以来都对涂层技术在工业上的应用抱有浓厚的兴趣，尤其是那些能够显著提升材料性能的先进涂层。最近在工作中，我们经常会遇到需要提高材料硬度、耐磨性、耐腐蚀性，或者赋予其特殊功能（如导电、绝缘、自清洁等）的难题。我一直希望能找到一本全面介绍各种涂层技术，并且能够深入讲解其原理、制备方法、表征手段以及实际应用案例的书籍。《表面与薄膜处理技术(第三版)》的出现，让我觉得找到了一个绝佳的学习资源。我非常期待书中能够详细介绍PVD（物理气相沉积）和CVD（化学气相沉积）等主流薄膜制备技术，并对不同的工艺（如溅射、蒸发、等离子体增强化学气相沉积等）进行深入的对比分析，指出它们各自的优缺点和适用范围。同时，我也希望这本书能包含一些关于纳米涂层、智能涂层（例如可感应环境变化的涂层）以及生物医学涂层方面的最新进展，这些都是未来发展的重要方向，对于我们开拓新应用领域具有重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

我对清洁技术在表面处理中的应用非常感兴趣，尤其是在精密制造和电子产品领域，表面的清洁度直接关系到后续工艺的成功率和产品的最终性能。《表面与薄膜处理技术(第三版)》听起来似乎涵盖了这方面的内容。我希望书中能详细介绍各种物理和化学清洁方法，例如超声波清洗、蒸汽清洗、等离子体清洗、以及各种溶剂清洗。我期待书中能够深入探讨不同清洁方法的作用机理，如何去除表面上的油污、颗粒物、有机污染物等，以及如何选择最适合特定材料和污染物的清洁工艺。同时，我也非常关注在清洁过程中如何避免对材料表面造成损伤，以及如何对清洁效果进行有效的检测和评估。在半导体和微电子制造中，对表面清洁的要求尤为苛刻，如果书中能提供这方面的具体案例和技术细节，对我来说将是莫大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

关于《表面与薄膜处理技术(第三版)》，我一直对电镀方面的知识特别感兴趣。尤其是在电子产品日益精细化的今天，高质量的电镀层对于提高产品的导电性、耐腐蚀性、耐磨损性至关重要。我希望这本书在电镀部分能有非常详尽的阐述，比如不同金属（金、银、铜、镍、铬等）的电镀原理、电镀液的配方和优化、电镀过程中的参数控制（电流密度、温度、pH值等）对镀层性能的影响。此外，我特别关注无氰电镀技术和微电镀技术的发展，这不仅关系到环保问题，也直接影响到超微电子元件的制造。如果书中能详细介绍这些前沿技术，包括其技术难点、解决方案以及最新的研究进展，那将对我非常有帮助。同时，我也希望它能涵盖一些关于电镀层失效分析和质量控制的方法，这样我才能更好地评估和改进我们的电镀工艺，确保产品质量。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，任何材料的性能，在很大程度上都取决于其表面的状态。尤其是在当今追求高性能、高可靠性的时代，对材料表面处理技术的要求也越来越高。《表面与薄膜处理技术(第三版)》这个书名，让我觉得它很有可能覆盖了目前行业内比较前沿的工艺和理论。我特别期待书中在“钝化”和“蚀刻”这两个环节能有深入的阐述。在金属防腐蚀方面，钝化处理的效果往往是决定性的；而在半导体和微电子制造中，精确的蚀刻工艺更是关键。我希望书中能详细讲解不同金属材料的钝化机理，以及如何选择合适的钝化剂和工艺条件来提高其耐腐蚀性能。对于蚀刻，我期待能看到湿法蚀刻和干法蚀刻（如等离子体蚀刻、反应离子束蚀刻）的详细对比，以及它们在不同应用场景下的优缺点，特别是如何实现对图形的高精度复制和对侧壁的控制。

评分☆☆☆☆☆

我在机械制造领域工作，经常需要处理金属零件的表面硬化和耐磨处理。目前我们主要采用渗碳、氮化等传统工艺，但效果有时还是不能完全满足高要求的应用。我一直想深入了解各种表面热处理技术，比如感应加热淬火、火焰淬火，以及更先进的激光淬火和电子束淬火。我希望《表面与薄膜处理技术(第三版)》能够在这方面提供详尽的解析，包括不同热处理方法的原理、工艺参数对硬度、韧性、组织结构的影响，以及如何通过热处理来改善零件的疲劳寿命和抗磨损性能。此外，我也对一些新型的表面改性技术，如等离子渗氮、碳氮共渗、以及激光熔覆等技术非常感兴趣，这些技术在提高零件表面性能方面有着巨大的潜力。如果书中能够详细介绍这些技术的工艺流程、设备要求、优缺点以及最新的研究成果，那将对我非常有价值，能够帮助我选择最合适的表面处理方案，提升产品竞争力。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对材料表面的功能化处理非常感兴趣的研究者，特别是那些能够赋予材料特殊性能的先进表面技术。最近在关注一些生物医学材料的应用，对如何通过表面处理来提高材料的生物相容性、促进细胞生长、或者实现药物缓释非常感兴趣。《表面与薄膜处理技术(第三版)》似乎是一个非常全面的参考资料。我希望书中能够详细介绍各种用于生物材料表面改性的技术，例如等离子体诱导接枝、生物分子固定化、以及构建仿生表面等。我期待书中能够深入探讨这些技术如何改变材料表面的化学成分、电荷状态、以及表面形貌，进而影响材料与生物体之间的相互作用。同时，我也对如何通过表面处理来制备具有抗菌、抗血栓、或者促进骨整合等功能的生物医学植入物非常感兴趣。如果书中能够提供相关的实验数据和临床应用案例，那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

我从事的是材料科学研究，对于材料的表面性质，尤其是其与周围环境的相互作用，一直感到非常着迷。材料表面的改性处理，常常能够赋予材料全新的功能，或者显著提升其原有性能。《表面与薄膜处理技术(第三版)》的书名就直接击中了我的兴趣点。我期待书中能够系统地介绍各种化学表面处理技术，例如钝化、阳极氧化、化学气相沉积（CVD）、等离子体处理等。我希望它能详细阐述这些处理方法背后的化学反应机理，以及如何通过控制化学试剂、温度、时间等工艺参数来精确调控表面层的成分、结构和性能。我尤其关注那些能够实现纳米尺度表面结构控制的化学方法，以及用于制备功能性表面（如超疏水表面、抗菌表面、催化活性表面等）的先进技术。如果书中能包含对不同表面处理方法进行定量表征的手段和分析结果，那将极大地增强我对这些技术的理解深度。

评分☆☆☆☆☆

平时在接触一些高科技材料的研发过程中，经常会遇到需要对材料表面进行特殊处理才能发挥其最佳性能的情况。例如，在半导体制造、太阳能电池、以及显示器领域，薄膜的质量和性能直接决定了器件的整体表现。《表面与薄膜处理技术(第三版)》听起来就非常契合我的需求。我特别关注书中在真空镀膜技术方面的论述，包括磁控溅射、蒸发镀膜、分子束外延（MBE）等不同方法的原理、设备特点、以及它们在制备不同类型薄膜（如金属薄膜、绝缘薄膜、半导体薄膜、光学薄膜等）时的应用。我希望书中能详细介绍这些技术如何控制薄膜的厚度、成分、晶体结构、表面形貌等关键参数，并探讨这些参数如何影响薄膜的光学、电学、磁学和机械性能。此外，我也对在特定衬底上实现高质量薄膜外延生长非常感兴趣，这在一些尖端器件制造中至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我老早就在找类似这样的参考资料了，平时做研究或者写报告，遇到需要深入了解表面处理这块，就觉得手边没个靠谱的工具书实在是不方便。这次看到《表面与薄膜处理技术(第三版)》的消息，心里头就觉得这回总算是有盼头了。我之前接触过一些表面处理的文献，有些写得过于学术化，读起来像是天书一样，跟实际操作离得太远；也有一些太过于基础，根本满足不了我对技术细节的探求。希望这第三版能在这方面做得更好，既有理论深度，又能兼顾实际应用，最好能包含一些最新的技术发展和应用案例，这样对我们这些在一线工作的工程师来说，才能真正起到指导作用，而不是仅仅停留在概念层面。我特别期待它能把各种处理工艺的原理、步骤、优缺点都讲得清清楚楚，最好还能配上一些示意图或者实际产品的图片，这样理解起来会更直观。

评分☆☆☆☆☆

我一直对材料的纳米化处理及其在各种应用中的潜力非常着迷。特别是关于纳米涂层和纳米薄膜的制备与性能，一直是我的研究重点。《表面与薄膜处理技术(第三版)》听起来是一个非常具有吸引力的标题。我希望书中能够详细介绍各种制备纳米涂层和纳米薄膜的技术，例如原子层沉积（ALD）、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等，并且深入探讨如何通过这些方法精确控制纳米结构的尺寸、形貌和组成。我特别关注书中是否能包含关于如何利用纳米涂层来改善材料的力学性能（如硬度、耐磨性）、光学性能（如透光率、反射率）、以及电学性能（如导电性、绝缘性）。此外，我也对那些能够利用纳米技术来实现表面自清洁、抗污、或者抗菌功能的先进涂层非常感兴趣，这些都是未来高性能材料的重要发展方向。