離子轟擊是一種常用的表面改性技術(shù)，它能夠在真空鍍膜電源前進(jìn)行，能夠使金屬離子發(fā)生電離，將金屬離子向一定方向轟擊出去，從而改變表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)。離子轟擊是一種技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的表面改性方法。

離子轟擊的工作原理是：將一塊金屬樣品放在真空室中，利用高壓電場(chǎng)使樣品周?chē)a(chǎn)生電子流，形成高能量的等離子體；當(dāng)?shù)入x子體放電時(shí)，由于高速運(yùn)動(dòng)的電子與氣體分子碰撞而產(chǎn)生大量的正負(fù)離子（注：在真空中，正、負(fù)離子可同時(shí)存在），這些正負(fù)離子與樣品發(fā)生碰撞、電離形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵而使樣品表面發(fā)生一系列變化。

在離子轟擊過(guò)程中，發(fā)生的最主要過(guò)程是：

①產(chǎn)生離子轟擊

②轟擊金屬表面

③產(chǎn)生新的表面化學(xué)反應(yīng)

1、離子轟擊的基本原理

離子轟擊過(guò)程可以理解為一個(gè)電離過(guò)程，其基本的物理過(guò)程可表述為：

①電子從靶面逃逸到空間；

②電子與氣體分子發(fā)生碰撞；

③由于碰撞，氣體分子失去電子形成正離子或負(fù)離子。

在這個(gè)過(guò)程中，氣體分子起到了一個(gè)“陷阱”的作用。即：氣體分子被大量電子俘獲，形成帶負(fù)電的離子（注：電子可以與空穴復(fù)合形成帶正電的離子），然后這些正電離子在加速電壓下撞擊靶面，將正離子向靶表面轟擊。電子逃逸的速度非?？欤h(yuǎn)大于氣體分子逃逸的速度。由于正負(fù)離子之間存在著相互作用，因此能夠形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，在很高的轟擊能量下（1 eV）就能將物質(zhì)原子或分子氣化，形成固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)（注：一般情況下，被轟擊物體內(nèi)部原子或分子的動(dòng)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被轟擊物體外部物質(zhì)原子或分子的動(dòng)能）。通過(guò)調(diào)節(jié)轟擊能量和轟擊角度等參數(shù)能夠?qū)υ印⒎肿踊蚬虘B(tài)物質(zhì)進(jìn)行改性。

2、離子轟擊的應(yīng)用

離子轟擊是一種常用的表面改性方法，它廣泛地應(yīng)用于金屬、合金、陶瓷和其他材料的表面改性。在材料的表面改性中，離子轟擊的應(yīng)用范圍是比較廣泛的，主要用于：

（1）提高合金材料的表面硬度和耐磨性，如銅合金、硬質(zhì)合金和鐵合金等。

（2）提高金屬和陶瓷材料的耐蝕性、耐熱性、絕緣性等。如在陶瓷中引入N，使陶瓷具有更高的硬度、耐熱、耐蝕性及良好的導(dǎo)電性等。

（3）改善金屬材料和金屬或合金表面的導(dǎo)電性，如在金屬中引入C或O，可提高其導(dǎo)電性。

（4）改善金屬或合金表面與有機(jī)化合物的相互作用，如在金屬表面鍍上有機(jī)涂層等。

（5）提高金屬和合金材料在氣相中的潤(rùn)濕性和滲透性等。

3、離子轟擊方法和特點(diǎn)

離子轟擊的方法主要有三種：

①表面濺射法，將金屬樣品直接放在高壓電場(chǎng)中，產(chǎn)生等離子體，金屬離子被加速到足夠高的速度，轟擊在金屬表面。這是最簡(jiǎn)單的離子轟擊方法。

③陽(yáng)極濺射+表面濺射（雙靶）法，先將金屬樣品放入兩個(gè)電極之間形成的靶室中，在陰極上濺射一層金屬氧化物（主要是氧化鋁），然后將陰極樣品與陽(yáng)極濺射（主要是鈦酸鉛）放在陰極和陽(yáng)極之間形成的靶室中，以適當(dāng)?shù)碾妷菏菇饘匐x子加速到足夠高的速度轟擊在陰極表面。該方法簡(jiǎn)單、成本低、設(shè)備較少、不易污染環(huán)境、不產(chǎn)生有害氣體等優(yōu)點(diǎn)。

離子轟擊的特點(diǎn)是：①離子能量高；②轟擊速度快；③能在真空環(huán)境下進(jìn)行；④可實(shí)現(xiàn)多靶同時(shí)轟擊。離子轟擊常用的是金屬靶和非金屬靶兩種靶。

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