陶瓷组装及连接技术PDF电子书下载

第1章 跨尺度陶瓷组装：技术、挑战与机遇 1

1.1 引言 1

1.2 先进技术系统中的组装问题 1

1.2.1 微电子和纳米电子 1

1.2.2 能源 2

1.2.3 航空和地面运输 2

1.3 跨领域和跨尺度组装 3

1.3.1 宏观组装的科学与技术 3

1.3.2 发电装置和器件制造中的组装问题 4

1.3.3 纳米尺度和生物系统的组装问题 7

第2章 陶瓷组装部件的先进钎焊技术 10

2.1 简介 10

2.2 润湿性、残余应力和接头可靠性 11

2.3 接头设计 13

2.4 陶瓷基复合材料的连接 16

2.4.1 Si3N4-TiN（质量分数为30％）的连接 17

2.4.2 SiC纤维增强硅硼酸盐玻璃的连接 21

2.4.3 莫来石-莫来石陶瓷基复合材料的连接 22

2.5 总结 23

致谢 23

参考文献 24

第3章 核工业中陶瓷基复合材料的连接及组装 27

3.1 简介 27

3.2 国际热核聚变实验堆 27

3.2.1 陶瓷基复合材料的连接在ITER上的应用 28

3.2.2 为什么ITER中使用C/C复合材料 29

3.2.3 ITER中C/C复合材料连接的设计问题 30

3.2.4 ITER中C/C复合材料的连接技术 32

3.2.5 C/C-Cu接头的力学性能测试 37

3.2.6 无损检测 39

3.2.7 ITER中C/C-Cu界面热冲击和高热流测试 41

3.2.8 欧洲联合核聚变反应堆 42

3.2.9 JET中C/C复合材料的连接技术和设计问题 43

3.2.10 总结 44

3.3 ITER以外的聚变反应堆 45

3.3.1 为什么选择SiC/SiC复合材料 47

3.3.2 SiC/SiC复合材料的连接材料和连接技术 48

3.3.3 连接的SiC/SiC材料特性 52

3.4 CMCs在先进裂变反应堆中的应用 53

3.5 总结 54

致谢 54

参考文献 55

网络资源 65

第4章 大气中钎焊：陶瓷-陶瓷和陶瓷-金属连接的新方法 66

4.1 简介 66

4.2 陶瓷钎焊的方法 67

4.3 空气钎焊的概念 69

4.4 空气钎焊钎料的设计：Ag-CuO体系 71

4.4.1 相平衡 72

4.4.2 基体的润湿 73

4.4.3 接头强度 81

4.4.4 推荐的空气钎焊条件 87

4.5 Ag-CuO体系的成分改良 88

4.5.1 使用金属Pd和Al进行合金化 88

4.5.2 使用金属氧化物TiO2进行合金化 91

4.5.3 添加难熔颗粒 93

4.6 总结 95

参考文献 96

第5章 碳化硅陶瓷的扩散连接——复杂陶瓷构件的关键制造技术 103

5.1 简介 103

5.2 实验 105

5.3 结果与讨论 107

5.4 总结 115

致谢 115

参考文献 115

第6章 C/C复合材料-金属热管理系统的组装技术 118

6.1 简介 118

6.2 用于热管理的材料 119

6.3 C/C复合材料 121

6.4 碳和C/C复合材料与金属的组装 122

6.4.1 润湿性 122

6.4.2 钎焊 126

6.5 接头完整性、微观组织和组成 129

6.6 C-C复合材料／金属接头力学性能 131

6.6.1 接头强度和断口组织 131

6.6.2 显微硬度 133

6.7 热和热机械方面的讨论 134

6.7.1 热膨胀失配及残余应力 134

6.7.2 钎焊接头导热性 136

6.8 总结和未来前景 137

参考文献 137

第7章 连接和组装过程中碳-金属体系间的相互作用 141

7.1 简介 141

7.2 与碳不反应的金属在石墨和金刚石表面的润湿 141

7.3 第Ⅷ族金属在石墨上的润湿 142

7.4 与碳接触的碳化物形成金属 145

7.5 与碳不反应的熔体中添加碳化物形成金属后在石墨上的润湿 149

7.6 熔体润湿固相时热力学和界面活性的相互关系 151

7.7 含有反应和非反应金属添加剂的Ⅷ族金属熔体在石墨上的润湿性 152

7.8 相图、硬化后界面结构和润湿等温线类型的关系 159

7.9 高压环境对金属熔体在石墨和金刚石上润湿的影响 160

7.10 总结 162

参考文献 164

第8章 陶瓷电路中铁氧体及功率电感器件的组装 168

8.1 简介 168

8.2 器件物理 170

8.3 铁氧体的合成 176

8.4 电磁特性 177

8.5 嵌入式功率电感器 181

8.6 多层陶瓷变压器 184

8.7 总结 189

致谢 189

参考文献 190

第9章 氧化物热电发电装置 192

9.1 简介 192

9.2 热电发电 192

9.3 氧化物热电材料 193

9.3.1 P型氧化物 193

9.3.2 N型氧化物 196

9.4 器件工艺学 199

9.4.1 P型块体材料 199

9.4.2 N型块体材料 203

9.5 模块 208

9.5.1 实验过程 208

9.5.2 结果与讨论 209

9.6 总结 210

参考文献 211

第10章 固体氧化物燃料电池（SOFC）及其他电化学发电装置的组装技术 213

10.1 简介 213

10.2 电化学反应器的基础 214

10.2.1 电化学活性 214

10.2.2 纳米结构控制对电化学反应的影响 214

10.2.3 SOFC发展中电化学反应的控制及其应用 215

10.2.4 电极支撑的薄膜电解质的结构控制 217

10.3 SOFC及其相关研究与发展 217

10.4 微型SOFC的发展 218

10.4.1 研究背景 218

10.4.2 微管状电池的制造 219

10.4.3 小型高性能微燃料电池束的发展 220

10.4.4 低温SOFC的发展和紧凑型模块的制造 221

10.4.5 3D控制的微SOFC的发展：蜂窝状电化学反应器 222

10.5 电化学DE-NOx反应器及清洁汽车技术的其他应用 223

10.5.1 高性能电化学反应器的发展 223

10.5.2 用于NOx/PM同时净化的电化学反应器的发展 228

参考文献 229

第11章 传感器组装技术 232

11.1 简介 232

11.2 微型点胶工艺 233

11.2.1 喷墨和点胶器 233

11.2.2 3D直写技术的适用性 234

11.2.3 陶瓷浆料的流变特性 234

11.2.4 浆料的流变性能 235

11.2.5 沉积速率的监控 235

11.3 装备制造 236

11.3.1 电炉型微型装置 236

11.3.2 微型二氧化锡气敏元件 236

11.3.3 采用喷注器的TE气体传感器元件 237

11.3.4 陶瓷触媒的沉积 237

11.4 传感器性能 238

11.4.1 触媒的尺寸和厚度 238

11.4.2 陶瓷触媒的稳定长效性 239

11.4.3 热电器件触媒 239

11.5 总结 241

参考文献 241

第12章 功能复合材料和纳米光子及光电子器件的芯片集成 243

12.1 单片集成电路 243

12.1.1 对接接头生长 243

12.1.2 选区生长 244

12.1.3 偏移量子阱 244

12.1.4 量子阱混合 245

12.1.5 多步增长单片集成电路 245

12.1.6 表面钝化和整平 246

12.1.7 通孔和沟道金属互连 247

12.2 纳米加工技术 247

12.2.1 光刻 248

12.2.2 扫描电子束光刻技术 248

12.2.3 SPL 249

12.2.4 连续图形结构表面 249

12.2.5 并行表面图形化 250

12.2.6 边缘光刻 250

12.2.7 软光刻技术 253

12.3 一般的自组装技术 255

12.3.1 模板化的自组装 256

12.3.2 化学辅助的组装 258

12.3.3 干燥媒介（蒸发诱导）自组装 259

12.3.4 磁、光或电导向的自组装 259

12.3.5 分界面的自组装 260

12.3.6 择形自组装 260

12.4 SAMs 261

12.4.1 SAMs基质类型 261

12.4.2 从气体和液体装配的机制 262

12.4.3 制备SAMs 262

12.4.4 SAMs在现有纳米制造工业中的应用 263

12.5 纳米晶体的组装 264

12.5.1 外延生长自组织固态量子点 264

12.5.2 胶体量子点的自组装 264

12.5.3 聚合物控制纳米颗粒分布（根据聚合状态） 266

12.5.4 自组装形成的单分散纳米晶体的二维和三维序列 266

12.5.5 在自组装样品上吸附半导体纳米晶体的选择性 266

12.5.6 Au纳米晶体／DNA结合物 267

12.5.7 采用溶胶-凝胶包容复合疏水性二氧化硅纳米球 267

12.5.8 多尺度自组装形成的分层冷光样品 268

12.5.9 带有有机和无机组件的混合纳米复合材料的优点 268

12.6 用直流电场形成纳米棒阵列 268

12.6.1 纳米棒阵列 269

12.6.2 电场中垂直导向超晶格纳米棒组装 269

12.7 使用DEP和光电镊子（OETS）组装纳米结构 270

12.7.1 DEP 270

12.7.2 OETs 272

12.8 纳米切割：制备纳米结构阵列的新方法 272

12.8.1 纳米切割技术 272

12.8.2 使用图形化的基板制造复杂的纳米结构 273

参考文献 274

第13章 化学气相沉积多功能复合热障涂层 281

13.1 简介 281

13.2 TBC过程 282

13.3 常规CVD法高速制造涂层 283

13.4 激光CVD法高速制造涂层 287

13.5 总结 291

参考文献 291

第14章 金属互连界面的物理演变及可靠性 293

14.1 简介 293

14.2 互边失效概述 293

14.2.1 腐蚀 293

14.2.2 晶须形成 294

14.2.3 小丘形成 295

14.2.4 应力诱生空洞 296

14.2.5 电迁移 299

14.3 电迁移物理变化 300

14.3.1 尺寸效应下金属电阻率的增加 300

14.3.2 阻挡层尺寸 303

14.3.3 扩散通道扩展的影响 304

14.3.4 驱动力的演变 306

14.3.5 电迁移失效统计学 307

14.4 钎焊接头失效的物理变化 310

14.5 总结 311

参考文献 311

第15章 可调微波器件中钛酸锶钡薄膜的集成 317

15.1 简介 317

15.2 基于可调谐微波应用的BST器件制造工艺 318

15.3 BST：结构和性能 320

15.3.1 晶体结构 320

15.3.2 相变 321

15.3.3 极化 325

15.3.4 极化与频率 325

15.3.5 电场对铁电材料的影响 326

15.3.6 微观结构和点缺陷化学 327

15.4 BST二极管技术 328

15.5 BST薄膜的沉积技术 330

15.5.1 CSD 331

15.5.2 PLD 331

15.5.3 RF磁控溅射 332

15.5.4 MOCVD 333

15.6 性能对BST薄膜的影响 333

15.7 内扩散解决方法：纳米金刚石／Pt／BST结构 336

15.8 总结 338

致谢 338

参考文献 338

第16章 气溶胶沉积（AD）技术及其在微型器件组装中的应用 345

16.1 简介 345

16.2 AD法 346

16.3 室温冲击固化 348

16.3.1 室温下陶瓷颗粒的固化 348

16.3.2 AD过程中冲击颗粒速度和局部温度的升高 350

16.3.3 AD过程陶瓷膜的致密化机制 351

16.3.4 运载气体的影响 352

16.4 沉积特性和膜的图形化 352

16.4.1 沉积率和原料粉末特性的影响 352

16.4.2 陶瓷层的图形化特性 353

16.5 其他类似方法及与AD法的对比 355

16.5.1 基于固态颗粒碰撞的涂层工艺 355

16.5.2 AD法与其他方法的对比 356

16.5.3 AD膜的电性能 357

16.6 设备应用 357

16.6.1 用于抗等离子腐蚀工件的氧化钇AD膜 357

16.6.2 压电器件中的应用 359

16.6.3 高频装置中的应用 359

16.6.4 光学设备中的应用 361

16.7 总结 362

致谢 363

参考文献 363

第17章 先进纳米组装方法：图案、定位及自组装 368

17.1 简介 368

17.2 陶瓷的纳米组装（NI） 369

17.2.1 金属氧化物图案的SAM预处理 369

17.2.2 非晶TiO2薄膜的LPP 370

17.2.3 采用种晶层的锐钛矿型TiO2薄膜LPP 372

17.2.4 采用选点消除法的锐钛矿型TiO2薄膜LPP 373

17.2.5 采用钯催化剂的磁性颗粒薄膜的LPP 375

17.2.6 晶体ZnO的LPP和形态控制 376

17.2.7 氧化钇的LPP：Eu薄膜 379

17.2.8 总结 381

17.3 颗粒的纳米组装 382

17.3.1 液体中胶体晶体的图案化 382

17.3.2 胶体晶体和二维阵列的干法图案化 387

17.3.3 胶体晶体的图案化以及双溶液法球面组装 395

17.4 总结 403

参考文献 403

第18章 新型器件及电路中纳米线组装：进展与挑战 407

18.1 简介 407

18.2 一维纳米级建造模块：合成和生长机制 408

18.2.1 合成方法 408

18.2.2 生长机制 415

18.2.3 一维半导体材料 419

18.3 结构-性能表征以及二者的关系 423

18.3.1 对一维结构的研究 423

18.3.2 依赖于尺寸及形状的物理性质 428

18.4 纳米器件结构的开发 432

18.4.1 场效应晶体管器件制备 432

18.4.2 纳米线元件集成为复杂的纳米器件结构 434

18.5 总结 437

致谢 439

参考文献 439

第19章 纳米结构设计中类金刚石的组装（类金刚石薄膜的微纳制造） 459

19.1 微纳机械器件基础 459

19.2 DLC的性能和准备 461

19.2.1 DLC薄膜：制备 462

19.2.2 DLC薄膜：材料性能 463

19.3 DLC机械设备：制造和性能 468

19.3.1 图案化生长提拉制备DLC微机械设备 468

19.3.2 通过聚焦离子束刻蚀技术制备DLC微纳机械设备 471

19.3.3 FIB辅助CVD法制备DLC纳米结构 473

19.4 DLC微纳结构发展前景 474

致谢 474

参考文献 474

第20章 一维陶瓷纳米线的合成、性能、组装及应用 478

20.1 简介 478

20.2 垂直取向陶瓷纳米结构合成方法 479

20.2.1 无模板辅助合成法 479

20.2.2 模板辅助法 480

20.3 1D纳米结构的特性 483

20.3.1 NCs 483

20.3.2 纳米微粒和纳米线的维度效应 484

20.3.3 1D金属氧化物的物理性质 485

20.3.4 1D纳米结构的机械特性 488

20.4 纳米线的综合应用与设备组装 489

20.4.1 FET 489

20.4.2 光电器件 490

20.4.3 传感器 490

20.4.4 纳米发电机 491

20.4.5 太阳电池 491

20.4.6 燃料电池 492

参考文献 492

第21章 基于薄膜技术的纳米组装技术 499

21.1 简介 499

21.2 纳米结构的自发有序化 499

21.3 应用模板法与筛选法的自组织过程 505

21.3.1 VLS生长 505

21.3.2 图案化技术 505

21.3.3 光刻和电子束刻蚀 506

21.3.4 纳米光刻技术 506

21.3.5 纳米线电子学 508

21.4 总结 509

参考文献 509

第22章 纳米线规模化集成的发展及挑战 513

22.1 简介 513

22.2 纳米线制造 514

22.3 纳米线的排列和定位 516

22.3.1 微流体通道组装 516

22.3.2 电泳组装 517

22.3.3 朗缪尔-布罗杰特组装 517

22.4 纳米线的互连 518

22.4.1 纳米线连接方法 519

22.4.2 常用方法连接纳米线的性能 519

22.5 桥接纳米线 519

22.5.1 两垂直平面间的纳米桥接 520

22.5.2 两水平面间的纳米柱廊 522

22.5.3 桥接纳米线的力学性能 522

22.5.4 桥接纳米线的接触性能 525

22.6 总结 525

致谢 525

参考文献 525

第23章 微电子电气互联、电子封装、系统集成中喷墨打印技术及纳米材料的应用 529

23.1 简介 529

23.2 印刷电子与喷墨印刷技术 529

23.2.1 印刷电子 529

23.2.2 喷墨印刷技术 530

23.3 纳米颗粒及其在喷墨印刷技术中的应用 532

23.3.1 简介 532

23.3.2 纳米颗粒在喷墨打印技术中的应用 532

23.3.3 纳米颗粒油墨的喷墨印刷要求 535

23.3.4 喷墨印刷油墨的未来发展趋势 535

23.4 喷墨印刷在微电子领域的应用 537

23.4.1 电子产品的喷墨印刷技术 537

23.4.2 微电子技术的应用 537

23.4.3 喷墨印刷技术面临的挑战 540

23.4.4 电子产品生产中的激光烧结与对流炉烧结 541

23.5 可印刷电子技术的环境因素 543

23.5.1 简介 543

23.5.2 喷墨印刷面临的环境问题 543

23.5.3 喷墨印刷的环保优势 544

23.5.4 从环保的角度选择材料 545

23.5.5 喷墨打印的总体环境效率 545

23.6 总结 546

参考文献 546

第24章 人工器官的生物组装 552

24.1 简介 552

24.2 骨骼的组织 552

24.3 用于人工关节的陶瓷 553

24.4 用于骨骼替代物的陶瓷 555

24.5 生物活性陶瓷与活体骨骼的生物组装 556

24.5.1 人工材料形成磷灰石的要求 557

24.5.2 磷灰石形核的有效官能团 558

24.5.3 生物活性金属 559

24.5.4 生物活性陶瓷-聚合物复合材料 561

24.5.5 生物活性无机-有机复合装置 562

24.5.6 生物活性水泥 564

24.6 总结 565

参考文献 565