涂层原理介绍
隔热涂层原理
隔热涂层原理隔热涂层是指涂于表面的一种具有隔热功能的涂层。
隔热涂层的主要原理是减少表面的热辐射、热传导和对流传热。
本文将从减少热辐射、减少热传导和减少对流传热三个方面阐述隔热涂层原理。
1.减少热辐射热辐射是指物体通过电磁波辐射出的热能。
隔热涂层能够减少热辐射的原理主要是涂层能够对表面的电磁波吸收和反射进行调控，从而减少热辐射。
隔热涂层的主要成分是选择性吸收材料和反射材料。
选择性吸收材料可以选择性吸收不同波长的电磁波，从而将其转化为热能，并防止其辐射到空气中。
反射材料则是将其反射回表面，减少热能的损失。
涂层中加入适当的反射材料和选择性吸收材料，就可以调控表面的电磁波吸收和反射，从而达到降低热辐射的目的。
2.减少热传导热传导是指物体内部热量的传递现象，由于物体内部分子间的相互碰撞而产生。
隔热涂层能够减少热传导的原理主要是涂层能够增加表面的热阻，阻碍热量传递。
隔热涂层的主要成分是绝缘材料和填充材料。
绝缘材料是指材料导热系数很低的材料，可以起到减缓热量传递的作用。
填充材料是将绝缘材料和空气混合得到的材料，其导热系数也很低，能够增加表面的热阻。
涂层中加入适当的绝缘材料和填充材料，就可以增加表面的热阻，从而减少热传导的损失。
3.减少对流传热对流传热是指空气或液体在物体表面流动时，由于温度差异而引起的热量传递现象。
隔热涂层能够减少对流传热的原理主要是通过涂层的表面形态和涂层的厚度进行调控，从而减少空气或液体在表面的流动。
隔热涂层的表面形态可以分为光滑表面和粗糙表面。
光滑表面不易形成气流，从而减少空气对流传热的现象。
粗糙表面则能够阻力空气或液体的流动，从而减少对流传热的损失。
涂层的厚度也会对对流传热产生影响，涂层越厚，空气循环的位置就越远离表面，从而对流传热损失就越小。
综上所述，隔热涂层的主要原理是减少表面的热辐射、热传导和对流传热。
通过调控涂层的成分、表面形态和厚度，就可以实现隔热涂层的功能。
隔热涂层的应用领域很广，如航空航天、建筑、汽车、冶金等。
浸涂中的涂层形成原理和机理
浸涂中的涂层形成原理和机理浸涂技术（dip coating）是一种常用的涂层制备方法，它通过将基材沉浸于涂料中，使涂料在基材表面形成一层均匀的涂层。
这种方法快速、简便、成本较低，可以在各种基材上制备不同性质和用途的涂层，因此在工业生产、科研和日常生活中得到广泛应用。
涂层形成原理和机理是浸涂技术研究的重要内容，本文将就此进行探讨。
一、涂料的特性浸涂涂料应具备以下特性：一是具有较低的粘度和表面张力，以便在浸涂时易于润湿基材表面；二是具有足够的附着力和机械强度，以便形成稳定的涂层；三是具有适当的黏度和流动性，以便在涂层形成后快速流平并消除表面缺陷和气泡。
此外，相对于基材的表面能应小于涂料的表面能，以增强涂层的粘着力。
二、涂层形成原理涂层形成的过程包括浸涂、排气、流平、固化等阶段。
首先，在浸涂过程中，涂料会沉积在基材表面，形成一层涂层，并形成一定的摩擦作用并将气体挤出。
随着涂层的增厚，涂料表面张力逐渐变大，使得涂层表面形成高拱驼状结构。
这里我们用公式(1)描述悬液滴在水平表面上的形态：$H=\frac{2\gamma \cos\theta}{\rho g r}$ (1)式中，$H$表示悬液滴的高度，$\gamma$表示悬液滴与表面的界面张力，$\theta$表示滴面和表面法线的夹角，$\rho$表示液体的密度，$g$表示重力加速度，$r$表示滴半径。
当涂层厚度达到一定程度时，涂料表面张力将屈曲其沿基材表面进行流动，并且涂层表面发生自增形变，涂布厚度有时可以达到涂料的100倍。
此时涂层表面张力将导致扩散和流动，终将达到一个稳定的状态。
依据Young-Laplace公式，涂层表面张力与涂层曲率和涂料表面张力有关，公式如下：$\Delta P = \frac{2\gamma}{r}-\gamma cos\theta$ （2）式中，$\Delta P$表示液滴内部与外部的压力差，$\gamma$表示液体表面张力，$r$表示液滴半径，$\theta$表示液体表面接触角。
PVD涂层原理及精华PPT课件
与PVD相关的真空基础与概论
「真空」一词来自拉丁文，意即「虚无」的意思。真正的真空是不存在的，那种认为「真空是什么物质也不存在」的看法，客观上是完全错误的。科学家称「低于一标准大气压的气体状态为真空」，定义真空的质和量，即气体稀薄的程度为「真空度」。一般习惯用压强来衡量真空度的高低（压强愈高真空度愈底，压强愈底真空度愈高）
气象沉积技术的应用
气象沉积技术生产制备的高硬度，高耐热，高热导，高耐腐蚀，抗氧化，绝缘等涂层，特殊性能的电学，光学功能的涂层，装饰装修涂层，已广泛用于机械、航天、建筑、五金装饰、電子產品、汽配件等行业
二．物理气象沉积（ＰＶＤ）
原理：物理气象沉积是一种物理气象反映 生长法．沉积过程是在真空或低气压气体放电条件下，即在80~200℃等离子体条件中进行的．涂层的物质源是固态物质，利用气体放电或加熱的方式使靶材蒸发或电离，经过“蒸发或溅射”后，在电场的作用下，在工件表面生成与基材性能不同的新的固态物质涂层．
泵组与管道抽气机构
管道
抽气口
阀门
真空室
真空机组
高阀
高真 空机组
低 真空机组
罗茨泵
旋转机械泵
真空获得与抽气概念
一、概述 真空获得就是「抽真空」，即利用各种真空泵或其他方法，將被抽容器中的气体抽除，使达到一定的真空度，以满足各种使用要求。 二、真空泵的分类 （一）、气体传输泵 是一种能將气体不断的吸入並排出泵外，达到抽气目的的真空泵。如旋转机械泵、油扩散泵、分子泵。 （ 二）、气体捕集泵 是一种使气体分子被短期或永久地吸附或凝結，在泵內表面的真空泵。如分子分子吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵等。
目前離子鍍常用的工作範圍
三、真空度的单位换算
压力单位换算
涂层技术原理及分类
涂层技术原理及分类涂层技术是一种通过覆盖一层材料在物体表面以改变其性质或提供新的功能的方法。
涂层技术广泛应用于许多领域，如工业制造、航空航天、汽车制造、电子设备等。
涂层技术的原理和分类有以下几个方面。
原理：1.保护原理：涂层技术可以在物体表面形成一层保护膜，防止物体受到外部环境的侵蚀和损伤。
例如在金属表面涂覆一层防锈涂层可以防止金属被氧化。
2.装饰原理：涂层技术可以给物体表面增添美观的色彩和外观。
例如在汽车制造中，车身的涂装可以使汽车外观更加吸引人。
3.功能原理：涂层技术可以为物体表面赋予新的功能。
例如在电子设备制造中，可以在电子元件表面涂覆一层导电涂层，以提高电子元件的导电性能。
分类：1.化学涂层：化学涂层是通过在物体表面进行化学反应，形成一种化学保护膜。
化学涂层具有很好的耐腐蚀性能和化学稳定性。
常见的化学涂层包括防锈涂层和化学镀层等。
2.物理涂层：物理涂层是将材料以物理方式覆盖在物体表面。
物理涂层可以分为气相涂层和固相涂层两种类型。
气相涂层是通过将物质气化或溶解在气相中，然后使其析出在物体表面形成涂层。
固相涂层是将材料以固体形式直接覆盖在物体表面。
常见的物理涂层包括喷涂涂层、电镀涂层和热浸镀涂层等。
3.功能涂层：功能涂层是一种通过在物体表面形成一层具有特殊功能的材料，以满足特定的要求。
功能涂层可以包括功能性陶瓷涂层、功能性金属涂层和功能性聚合物涂层等。
常见的功能涂层有导电涂层、防反射涂层和防污涂层等。
4.生物涂层：生物涂层是一种在生物领域中应用的特殊涂层。
生物涂层可以用于医疗器械的涂层、杀菌涂层和生物传感器等。
常见的生物涂层有生物活性涂层和生物材料涂层等。
涂层技术在工业制造和科技领域具有广泛的应用，可以改善物体的性能和功能，并提高产品的品质和附加值。
随着科技的进步和涂层技术的不断发展，新型涂层技术的涌现将进一步推动涂层技术的应用和发展。
涂料的防水原理是什么原理
涂料的防水原理是什么原理涂料的防水原理可以归纳为以下几个方面：1. 阻隔原理：涂料可以形成一层密闭、连续的薄膜，起到物理上的防水作用。
涂料的成膜能力可以阻断水分进入被保护物体的内部，避免水分渗透、吸收等现象发生。
2. 高分子吸附原理：涂料中的高分子材料，可以通过吸附和吸水作用，使物体表面形成一层能够吸附水分的膜，从而实现防水效果。
高分子材料通过与水分子的物理相互作用，形成水分子和物质表面之间的作用力，从而减缓或阻止水分渗透，达到防水的目的。
3. 化学反应原理：涂料中的一些成分具有特殊的化学反应性质，可以与水分发生化学反应，使得涂层形成防水的功能。
例如，一些聚合物材料可以通过水分解形成交联结构，从而形成防水层。
4. 表面张力减小原理：涂料中的一些添加剂可以降低涂料表面的表面张力，使得涂层表面不易吸附水分，从而起到防水作用。
这些添加剂可以在涂料表面形成一层水滴状涂膜，使得水分无法渗透进入被保护物体的内部。
5. 抗渗透原理：涂料中的一些添加剂可以使涂层具有很好的抗渗透性能，从而起到防水的作用。
这些添加剂能够填充涂层内部的孔隙，阻止水分通过涂层的渗透。
6. 抗水压原理：涂料中的一些添加剂可以增加涂层的密实性，提高涂层的抗水压性能。
在涂层受到水压后，涂料中的添加剂能够承受水压，阻止水分通过涂层渗透。
7. 干燥收缩原理：当涂料施工后，涂料中的溶剂会挥发，涂料逐渐干燥收缩，从而产生一定的收缩力，使得涂料与被保护物体表面产生较好的贴合效果，从而起到防水的作用。
总结起来，涂料的防水原理主要包括阻隔原理、高分子吸附原理、化学反应原理、表面张力减小原理、抗渗透原理、抗水压原理和干燥收缩原理等。
不同类型的涂料可能采用不同的原理，但都是通过上述原理之一或多种的相互作用，来实现防水的效果。
PVD涂层原理及精华
PVD涂层原理及精华PVD（Physical Vapor Deposition）涂层是一种利用物理过程在材料表面形成薄膜的技术。
它是通过将材料转变为蒸气或离子形式，然后沉积在基体表面上，形成一层覆盖物。
PVD涂层具有许多优点，包括提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和降低摩擦系数。
在本文中，我们将介绍PVD 涂层的原理和精华。
PVD涂层的原理是利用蒸发、溅射或弧光等物理方法，从源材料中产生蒸汽或离子，并通过控制温度和压力等参数，将蒸汽或离子沉积在基体表面上。
蒸汽或离子在基体表面形成一个均匀致密的薄膜。
这种薄膜的形成是一个动态过程，包括蒸发、扩散和降温等环节。
1. DIP（Dislocation Induced Plasticity）效应：PVD过程中，源材料的蒸汽或离子与基体表面发生碰撞，释放出能量。
这种过程会产生局部的应变和位错，进而促使涂层与基体之间形成更强的结合。
2.外延生长：在PVD涂层过程中，离子或蒸气沉积在基体表面后，会因为原子的扩散而扩展到基体中。
这种扩展使得涂层与基体之间形成了一种连续的结构，从而提高了两者之间的结合力。
3.吸附和扩散：涂层过程中，离子或蒸气会在基体表面吸附，并扩散到基体内部。
这一过程使得涂层与基体之间形成了一种强化的相互关系，增加了结合力。
4.基体表面准备：在进行PVD涂层之前，通常需要对基体进行表面清洁和激活处理。
这一过程可以去除基体表面的杂质和氧化物，并增加基体表面的能量，从而增强涂层与基体之间的结合力。
1.提高材料的硬度和耐磨性：PVD涂层可以在材料表面形成硬度很高的覆盖物，从而提高材料的硬度和耐磨性。
2.提高材料的耐腐蚀性：PVD涂层可以在材料表面形成一层具有良好耐腐蚀性的覆盖物，从而提高材料的耐腐蚀性。
3.降低摩擦系数：PVD涂层可以在材料表面形成具有良好润滑性的覆盖物，从而降低材料的摩擦系数。
4.提高材料的外观：PVD涂层可以在材料表面形成各种颜色和效果的覆盖物，从而提高材料的外观。
涂层技术原理及应用
涂层技术原理及应用
涂层技术是将一层材料覆盖在另一层材料表面的一种技术。
其原理是通过材料的物理或化学反应，在被涂层表面形成一层具有特定性能的新材料。
涂层技术主要应用于增强材料的耐磨、耐腐蚀、防氧化、导热、绝缘、阻燃等性能。
涂层技术的原理分为物理气相沉积和化学气相沉积两种。
物理气相沉积包括磁控溅射、电弧离子镀、电子束物理气相沉积等技术，它们通过高速粒子轰击与基材表面相互作用形成覆盖层。
化学气相沉积包括化学气相沉积和物化沉积技术，它们利用化学反应生成薄膜。
涂层技术的应用非常广泛。
在工业领域，涂层技术可用于改善材料的耐磨性、耐腐蚀性、硬度等，提高工件的使用寿命和性能，如汽车发动机缸体涂层、航空发动机涂层等。
在光学领域，涂层技术可用于增加透过率、降低反射率，如眼镜镀膜、光学仪器涂层等。
在电子领域，涂层技术可用于提高材料的导电性、封装性能等，如电子器件的金属化膜、光电显示屏涂层等。
此外，涂层技术还可以应用于纳米材料的制备、生物医药领域的药物缓释等方面。
纳米防粘涂层原理
纳米防粘涂层原理引言:纳米防粘涂层是一种应用纳米技术的新型涂层材料，具有极高的防粘性能。
它在许多领域中得到广泛应用，如食品加工、医疗器械、航空航天等。
本文将介绍纳米防粘涂层的原理，并探讨其在实际应用中的优势。
一、纳米防粘涂层的原理纳米防粘涂层的原理是利用纳米颗粒的特殊性质，改变涂层表面的物理和化学特性，从而实现防粘的效果。
其主要原理包括：1. 纳米颗粒填充：纳米颗粒能够填充涂层表面的微小孔洞和凹凸不平的部分，形成类似“山峰”的结构。
这种结构能够减少涂层表面的粘附区域，从而降低粘附力。
2. 疏水性改善：纳米颗粒可以增加涂层表面的疏水性，使其具有较低的表面能。
这样，液体在涂层表面上的接触角增大，减少了液体与涂层的接触面积，从而降低了粘附力。
3. 摩擦力减小：纳米颗粒可以改变涂层表面的摩擦系数，使其变得更加光滑。
这样，粘附在涂层表面上的物质在受到外力作用时，摩擦力减小，更容易脱离涂层表面。
4. 化学反应抑制：纳米颗粒能够与空气中的氧气发生反应，形成一层氧化物膜，防止涂层表面的化学反应。
这样可以防止粘附物质与涂层发生化学反应，减少粘附力。
二、纳米防粘涂层的优势纳米防粘涂层相比传统涂层具有以下优势：1. 高效防粘：纳米防粘涂层能够显著降低物体表面的粘附力，减少粘附物质的沉积，从而减少清洗和维护的频率与成本。
2. 长期耐用：纳米颗粒填充涂层表面的微小孔洞和凹凸不平的部分，增强了涂层的硬度和耐磨性，延长了涂层的使用寿命。
3. 环境友好：纳米防粘涂层通常采用无毒、无害的材料，对环境和人体健康无害，符合绿色环保要求。
4. 多功能性：纳米防粘涂层可以根据不同的应用需求进行调整和改进，如改变颗粒大小、表面形貌等，实现不同领域的应用。
三、纳米防粘涂层的应用纳米防粘涂层在许多领域中得到广泛应用，以下是几个典型的应用案例：1. 食品加工：纳米防粘涂层可应用于烹饪锅具、烤盘等食品加工设备上，防止食物粘附，减少油脂的使用，提高食品的质量和口感。
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2. Arc Ion Plating (AIP) – Principle 电弧镀 － 原理
Substrate bias基础偏压
Principle原理
1. An arc discharge vaporizes
4
droplets almost all emitted at angles of < 45°溶液向侧面 流动，形成液滴， 。 向两边呈45 C角
Atom or ion 原子或离子
Droplets flight direction 液滴，形成方向 Droplets 液滴
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Introduction of PVD coating technology PVD 涂层工艺介绍
The coating formation consists of three main phases 涂层形成的三个主要阶段
1.
Vaporization蒸发
2.
Particle transport in the plasma 等离子环境中的粒子运动
3.
Condensation 凝结
Working gas inflow 工作气体流入
+ +
Electrons电子 Ions离子 (+/-)
Bias偏压
Energy 能源
+
Atoms原子
Molecules 分子
+ -
+
-
+
Output materials 需要的材料 (target, cathode, ingot, etc. 靶材，阴极，铸块)
2
target material in the arc root (= cathode spot) 在电弧电源（阴极点) 上靶材材料蒸发
Target = cathode 靶材＝阴极
Plating 电弧镀 很难避免
Melt flows to the side,
3
Vapor bubble bursts Releasing vapor particles 蒸发气泡破裂，蒸发离子释放 (atoms, ions原子，离子)
Technique 技术 Coating material vaporization 涂层材 料，蒸发 Ionization efficiency 离子化率 Key properties 主要特征
Very smooth coatings, especially suitable for plastics processing 很光滑，特别适合塑料处 理工艺
+ -
3. Magnetron Sputtering (MSIP) - Influence of the magnetic field 磁控溅射 － 磁性区的影响 Magnetic field lines 磁性区的射线 – The electron paths are lengthened by magnetic fields. Electrons “spiral” around the magnetic field lines. This increases the impact rate and the plasma density. 电子路径在磁性区域中被拉 长。电子沿着磁性区域的射 线呈螺旋状。这增加了冲击 率和离子密度。 – More ions are produced and the amount and/or geometry of the material removed can be varied 更多的离子产生了，并且他 A = Anode 阳极 们的数量和运动的几何形态 可以是多样化的 – Most widely used sputtering technique. 最广泛使用的是溅射技术
Coating material
Cold plasma 冷等离子体
Radicals 原子团
Reactive gas Inflow 反应气体流入
Base material Tool 基体材料 (substrate)
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3.
Magnetron Sputtering 磁控溅射(MSIP)
Mechanical机械的
5 - 10%
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1.
Ion Plating - Electron beam vaporization, principle 离子镀 － 电子束蒸发，原理
1.
Ion Plating 离子电镀 (Balzers technique 巴尔查斯技术)
Plasma等离子 / Electron beam电子束
50 %
2.
Arc Ion Plating电弧镀 (AIP)
Electric arc电弧
> 90 %
Rough coating, high hardness, high adhesion 粗糙，高硬度，高结 合力 Relatively smooth surface, low coating temperature 相对光滑的表面，低 涂层温度
Principle原理 1. Ions from a glow discharge are bombarded at high energy onto the coating material 热放电形成离子带着高能量轰击 涂层材料 2. Atoms are “knocked out” of the target surface and deposited on the substrate 原子不能进入靶材表面，并在基 体上沉积 3. The process runs in a vacuum in order to obtain the glow discharge and facilitate the transport 工艺在真空环境中进行以进行热 放电和离子的自由运动 4. Non-conducting materials are sputtered using RF (13.5MHz) or MF (20-200kHz). 绝缘的材料通过RF (13.5MHz) 或 MF (20-200kHz)被溅射。
Three main PVD coating techniques have been established in the market 市场上的三种主要的PVD涂层技术 The coating techniques are mainly characterized by the type of vaporization 涂层技术分类主要依据蒸发方式不同而分
1.
Ion Plating - Plasma beam vaporization 离子镀 － 等离子束蒸发 Electron-beam source 电子束源
Principle原理:
1. Titanium is thermally vaporized and ionized by an electron beam (200A)钛被热 蒸发，并被电子束离子化 （ 200A) 2. The substrates are held at a negative voltage to attract the ions 基体被固定在负电 压上以吸引离子 3. The (positive) ions react with the nitrogen that is fed in to form titanium nitride 正离子 与氮气反应并形成钛涂层
3. Magnetron Sputtering (MSIP) – Principle 磁控溅射 － 原理
Substrate bias基础偏压
TiN coating 氮化钛涂层
Substrate
TiN
Ar + N2 +
+ Target靶材 (e.g. Ti例.钛)
- +
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Electron beam 电子束
1.
Ion Plating - Electron beam vaporization 离子镀 － 电子束蒸发
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• •
Most widely used technology in tool coating 在工具涂层中被广泛运用的技术 Advantages优势 – High vaporization rates (rapid coating) 高蒸发率（快速涂层） – High ionization 高离子化率 – Relatively insensitive to soiling 对污渍反应相对迟钝 – Stable processes 工艺稳定 Disadvantages 劣势 – Droplets from target material are deposited at the same time 同时有靶材材 料的液滴沉积
microscopic areas of the target. (“Cathode root”, “Spot”) 靶材表面的微观区域放电蒸发（ “阴极电源”，“斑点” 2. The arc moves about, eroding the target in the process 在电弧的运动过程中，侵蚀靶材 3. The ionized target constituents are accelerated by a bias voltage on the substrate 离子化的靶材成分通过偏压加速 在基体上的运动