材料表面与界面工程技术

1表面科学与工程概论1
1.1材料表面1
1.1.1材料表面的基本概念1
1.1.2材料表面的结构与性能表征3
1.2工业技术领域中的材料表面5
1.3表面科学与工程技术主要研究内容9
1.3.1材料表面科学的研究内容9
1.3.2材料表面实验研究方法10
1.3.3材料表面科学的发展11
1.3.4材料表面工程技术的发展13

2固体表面结构16
2.1固体表面形貌16
2.1.1表面几何形状误差16
2.1.2表面微观几何形状误差17
2.1.3表面形貌的统计参数21
2.2固体表面结构25
2.2.1固体表面原子受力与实际结构25
2.2.2理想表面27
2.2.3表面弛豫与重构结构及类型29
2.2.4表面偏析34
2.2.5表面缺陷36
2.3金属表面电子结构37
2.3.1电荷密度分布40
2.3.2逸出功41
2.4二维结晶学49
2.4.1二维结晶学基本概念50
2.4.2二维结构表征51
2.4.3表面台阶结构表示54
2.4.4表面吸附物二维结构的LEED分析56

3固体表面性能61
3.1固体表面热力学概论61
3.1.1表面现象研究历程61
3.1.2固体表面微观特征62
3.1.3固体的表面张力与表面自由能63
3.1.4表面能与晶面取向67
3.2固体表面的基本特征69
3.2.1固体表面的基本特性69
3.2.2表面弛豫、重构及双电层71
3.3界面势垒73
3.3.1接触界面势垒理论74
3.3.2通用黏附能量函数及其应用75

4液体及其表面与界面78
4.1液体性质78
4.1.1流体的黏度78
4.1.2非牛顿流体的黏度79
4.1.3黏度的其它性质81
4.2液体边界层性质84
4.2.1液体边界处双电层84
4.2.2电黏度效应85
4.3液体表面与界面性质85
4.3.1表面张力与表面能85
4.3.2毛细效应与润湿性87
4.3.3毛细效应在熔渗技术中的应用88
4.3.4表面活性剂91

5固-液界面99
5.1固-液界面润湿性99
5.1.1表面张力与接触角99
5.1.2表面张力引起的内部压力103
5.2固-液界面膜105
5.2.1固-液吸附膜105
5.2.2化学反应膜107
5.3吸附热力学108
5.3.1边界膜占比108
5.3.2吸附热108

6固-气界面110
6.1固-气界面吸附现象110
6.1.1物理吸附110
6.1.2化学吸附110
6.2吸附热力学111
6.2.1吸附平衡与吸附量111
6.2.2吸附曲线112
6.2.3吸附热力学113
6.2.4吸附方程115
6.2.5毛细管凝结与吸附滞后121
6.3影响吸附和脱附的因素123
6.3.1吸附表面性质123
6.3.2影响吸附的因素124
6.4摩擦学中的固-气界面125
6.5表面扩散129
6.5.1表面缺陷及其能量129
6.5.2表面扩散系数131
6.5.3表面扩散的实验研究和唯象理论134

7固-固界面136
7.1固-固界面能136
7.1.1范德华力136
7.1.2表面能136
7.1.3固-固界面能137
7.2黏附理论——球-平面接触模型137
7.3黏附影响因素139
7.3.1粗糙度对接触与黏着的影响139
7.3.2表面微结构对黏着的影响140
7.3.3毛细力对黏着的影响144

8表面工程技术概论146
8.1表面清洁146
8.2机械强化处理147
8.3表面改性技术147
8.4热喷涂工程技术150
8.4.1预处理150
8.4.2热喷涂技术151
8.4.3后处理157
8.4.4热喷涂材料及涂层设计160
8.4.5高速热喷涂技术173
8.4.6冷喷涂技术192
8.4.7纳米涂层制备技术194
8.5激光表面处理技术195
8.5.1激光的产生及其与材料表面的相互作用195
8.5.2激光表面处理技术201
8.5.3激光熔覆工艺研究案例203
8.6化学镀膜技术210
8.6.1化学镀概论210
8.6.2化学镀成膜理论213
8.6.3化学镀镍220
8.6.4化学镀镍层显微结构和性能238
8.6.5化学镀镍的工业应用242
8.7化学气相沉积技术245
8.7.1化学气相沉积薄膜原理246
8.7.2CVD主要工艺参数247
8.7.3CVD反应器248
8.7.4等离子体增强化学气相沉积(PECVD)薄膜249
8.8热浸镀技术252
8.8.1热浸镀技术概述252
8.8.2铜及铜合金热浸镀253

9表面分析技术260
9.1表面分析技术分类260
9.1.1表面分析的作用260
9.1.2表面分析技术概述260
9.1.3探针与材料表面的相互作用261
9.1.4表面成分分析技术263
9.1.5表面结构分析技术267
9.2涂(膜)层性能测试和评价技术269
9.2.1涂层性能269
9.2.2力学性能277
9.2.3化学和电化学性能279
9.2.4耐热性能282
9.2.5薄膜绝缘性能283
9.2.6涂(膜)层残余应力测试技术284
9.2.7涂(膜)层质量评价285
9.2.8电性能288
9.2.9热电性能293
9.2.10热膨胀性能295
9.2.11磁性能296

10新型合金中的表面与界面300
10.1高熵合金的界面300
10.1.1高熵合金的形成与特性301
10.1.2高熵合金的设计原则与方法304
10.1.3高熵合金种类与结构308
10.1.4高熵合金的界面309
10.2芯片用引线框架铜合金界面318
10.2.1Cu-Mg-Fe-Sn-P-RE合金的设计与制备318
10.2.2Cu-Mg-Fe-Sn-P-RE合金的铸态及热变形显微组织321
10.2.3Cu-Mg-Fe-Sn-P-RE合金的组织及时效沉淀相界面330
10.3高速铁路接触线用铜合金表面与界面333
10.3.1Cu-Zr-RE合金的设计与制备333
10.3.2Cu-Zr-RE合金的冷变形及热变形显微组织336
10.3.3Cu-Zr-RE合金的时效结构及沉淀相界面343
10.4氧化石墨烯掺杂电接触复合材料的表面与界面345
10.4.1GO/Al2O3-Cu/35W5Cr复合材料的设计与制备347
10.4.2GO/Al2O3-Cu/35W5Cr复合材料的电子结构分析347
10.4.3GO/Al2O3-Cu/35W5Cr复合材料的微观结构及强化相界面349
10.4.4GO/Al2O3-Cu/35W5Cr复合材料的电接触表面353
10.5真空开关用电接触复合材料的表面与界面354
10.5.1TiC/Cu-Al2O3复合材料的设计与制备354
10.5.2TiC/Cu-Al2O3的微观结构及强化相界面355

参考文献359