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