離子轟擊是一種常用的表面改性技術，它能夠在真空鍍膜電源前進行，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成分和組織結構。離子轟擊是一種技術成熟、應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，利用高壓電場使樣品周圍產生電子流，形成高能量的等離子體；當等離子體放電時，由于高速運動的電子與氣體分子碰撞而產生大量的正負離子（注：在真空中，正、負離子可同時存在），這些正負離子與樣品發(fā)生碰撞、電離形成穩(wěn)定的化學鍵而使樣品表面發(fā)生一系列變化。

在離子轟擊過程中，發(fā)生的最主要過程是：

①產生離子轟擊

②轟擊金屬表面

③產生新的表面化學反應

1、離子轟擊的基本原理

離子轟擊過程可以理解為一個電離過程，其基本的物理過程可表述為：

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離子。

在這個過程中，氣體分子起到了一個“陷阱”的作用。即：氣體分子被大量電子俘獲，形成帶負電的離子（注：電子可以與空穴復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。電子逃逸的速度非常快，遠大于氣體分子逃逸的速度。由于正負離子之間存在著相互作用，因此能夠形成很強的電場，在很高的轟擊能量下（1 eV）就能將物質原子或分子氣化，形成固態(tài)物質或液態(tài)物質（注：一般情況下，被轟擊物體內部原子或分子的動能遠遠大于被轟擊物體外部物質原子或分子的動能）。通過調節(jié)轟擊能量和轟擊角度等參數能夠對原子、分子或固態(tài)物質進行改性。

2、離子轟擊的應用

離子轟擊是一種常用的表面改性方法，它廣泛地應用于金屬、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、耐蝕性及良好的導電性等。

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

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

（5）提高金屬和合金材料在氣相中的潤濕性和滲透性等。

3、離子轟擊方法和特點

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中，產生等離子體，金屬離子被加速到足夠高的速度，轟擊在金屬表面。這是最簡單的離子轟擊方法。

③陽極濺射+表面濺射（雙靶）法，先將金屬樣品放入兩個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極濺射（主要是鈦酸鉛）放在陰極和陽極之間形成的靶室中，以適當的電壓使金屬離子加速到足夠高的速度轟擊在陰極表面。該方法簡單、成本低、設備較少、不易污染環(huán)境、不產生有害氣體等優(yōu)點。

離子轟擊的特點是：①離子能量高；②轟擊速度快；③能在真空環(huán)境下進行；④可實現多靶同時轟擊。離子轟擊常用的是金屬靶和非金屬靶兩種靶。

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