70xj****表面工程技術(shù)發(fā)展前沿概述(上) ——表面工程技術(shù)；應(yīng)用
xj****表面工程技術(shù)發(fā)展前沿概述(上)
摘要：xj****表面工程技術(shù)是當(dāng)代材料科技、真空科技與高科技的交叉領(lǐng)域和發(fā)展前沿，成為現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域和xj****制造業(yè)的重要前沿之一，在高性能防護(hù)涂層和功能薄膜方面應(yīng)用廣泛。本文綜述了xj****表面工程的發(fā)展趨勢、工藝過程及其新進(jìn)展與當(dāng)代科技架構(gòu)的關(guān)系以及xj****表面工程技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。文章***后強(qiáng)調(diào)指出，在xj****表面工程技術(shù)中采用遠(yuǎn)離平衡態(tài)鍍膜技術(shù)、等離子體技術(shù)、激光技術(shù)、納米技術(shù)等均取得了******的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞：表面工程；技術(shù)；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TB43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-0322(2004)05-0001一06
1 xj****的表面工程技術(shù)的若干走向
xj****表面工程技術(shù)是當(dāng)代材料科學(xué)技術(shù)、真空科技與高技術(shù)的重要交叉領(lǐng)域和發(fā)展前沿。xj****表面工程技術(shù)在高性能防護(hù)涂層方面的應(yīng)用，仍在繼續(xù)發(fā)展，成為現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域和xj****制造業(yè)的重要前沿之一；功能涂層和薄膜技術(shù)近年來發(fā)展迅速。以上趨勢一方面使防護(hù)涂層走向多功能化，既提高了產(chǎn)品的品位，同時(shí)還有利于降低成本，便利應(yīng)用，增加產(chǎn)品的市場競爭能力。另一方面，又使表面工程技術(shù)逐步發(fā)展成為新型材料制備工藝，其中既有作為體材料的制備工藝，如電鑄成型、氣相沉積特種材料（熱解石墨、六方氮化硼、碳化硅）、噴射成型等，又有薄膜和微制造工藝，這后一類技術(shù)的特征尺寸還在不斷地向更低數(shù)值擴(kuò)展。其結(jié)果是，微小特征尺度的xj****表面工程技術(shù)正在逐步發(fā)展成為微／納技術(shù)的重要組成部分。在以上各方面，xj****表面工程技術(shù)已在世界范圍內(nèi)，為科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。在我國，xj****表面工程技術(shù)已成為趕超******xj****水平的重要前沿陣地。
2 xj****表面工程的發(fā)展趨勢
按其工作原理，表面工程技術(shù)可分為以下四大類。
①原子沉積
是指通過形成原子分散狀態(tài)的物質(zhì)來沉積所需表面層或薄膜的技術(shù)，包括了液相沉積和氣相沉積兩類。前者如電鍍、化學(xué)鍍、電泳、溶膠一凝膠等，而后者則有物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、分子束外延(MBE)三大類別。其中，PVD又分為蒸發(fā)、濺射和離子鍍?nèi)?；CVD則有熱CVD(TCVD)、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)等。
②顆粒沉積
是指利用宏觀顆粒狀態(tài)的物質(zhì)，沉積所需薄膜的方法。例如，熱噴涂、冷噴涂、靜電噴涂。
③整體復(fù)蓋
是指利用連續(xù)介質(zhì)狀態(tài)的物質(zhì)，形成所需薄膜的方法。如包鍍、熱浸、表面燒結(jié)。
④表面改性
是指通過對基體表面施加力學(xué)、物理和化學(xué)的作用，直接形成所需特性的表面層。例如，表面研磨、表面拋光、表面粗化、表面噴丸、表面滾花、表面化學(xué)刻蝕、載能束表面刻蝕、表面應(yīng)力控制、表面晶粒細(xì)化(納米化)、化學(xué)轉(zhuǎn)化層、離子滲氮(碳、碳氮)、滲鋁和硅鋁共滲、陽極化、磷化、硫化、氧化(發(fā)蘭)、表面輻照、離子注入等。
以上列出的是表面工程的全部類型，而本文關(guān)注的僅僅是其中作為高技術(shù)一部分的xj****表面工程的發(fā)展動(dòng)向。作為xj****表面工程的事例，我們在分類里加入了不少新型工藝?？磥?，上述分類方法有利于我們抓住工藝原理和高新技術(shù)發(fā)展需求的核心點(diǎn)，因而至今仍是適當(dāng)?shù)摹Ｖ档米⒁獾氖?，是否屬于xj****表面工程，并不是一成不變的。例如，液相沉積、液相化學(xué)刻蝕等“濕法技術(shù)”直到80年代初仍是集成電路微細(xì)加工技術(shù)的主流工藝，而到了90年代，隨著集成電路特征尺寸接近和進(jìn)入納米范圍，氣相沉積、等離子體刻蝕、載能束刻蝕等“干法技術(shù)”逐漸地，又是不可逆轉(zhuǎn)地變成了微細(xì)加工技術(shù)的主流工藝。同時(shí)，作為整個(gè)信息技術(shù)領(lǐng)域需要的配套，發(fā)展了一大批高性能有效率低成本的微／納米加工技術(shù)。其結(jié)果是，薄膜技術(shù)和刻蝕技術(shù)從整體上構(gòu)成了當(dāng)代微細(xì)加工技術(shù)的主體，并提供了向納米加工進(jìn)軍的扎實(shí)可靠途徑。因而在當(dāng)代xj****表面工程技術(shù)中占有越來越重要的地位。xj****表面工程內(nèi)涵適應(yīng)高新技術(shù)需求的不斷演變，正是它旺盛生命力的源泉。
近年來，越來越傾向于采用真空氣相沉積薄膜技術(shù)。其中，分子束外延、激光分子束外延(LMBE)、脈沖激光沉積(PLD)、超高真空化學(xué)氣相沉積(UVCVD)等，可提供極端條件，有利于了解規(guī)律性，以得出創(chuàng)新性強(qiáng)的結(jié)果。但是，極端條件一般不會(huì)是***佳的解決辦法。而直流磁控濺射(DCMS)、射頻磁控濺射(RFMS)、射頻化學(xué)氣相沉積(RFCVD)、中頻磁控濺射(MFMS)、脈沖偏壓電弧離子鍍(PBAIP)則屬于既提供遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件[1]又具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)良綜合性能，因而有可能逐步發(fā)展成更為常用的方法。
產(chǎn)業(yè)化的制備技術(shù)則要求全面滿足工業(yè)化長期穩(wěn)定生產(chǎn)、高產(chǎn)率、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、生態(tài)、物質(zhì)循環(huán)、低成本等多方面的指標(biāo)，目前常用的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)有直流磁控濺射、中頻磁控濺射、脈沖偏壓電弧離子鍍、蒸發(fā)鍍、熱化學(xué)氣相沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積等。真空氣相沉積的優(yōu)點(diǎn)在于嚴(yán)格控制工藝條件，但也會(huì)提高產(chǎn)品成本。因此，目前人們已在開展大氣壓下的氣相沉積研究，并開始走向產(chǎn)業(yè)化。