超硬涂层知识图文并茂详解

1/8超硬涂层学问图文并茂详解〔6〕超硬涂层材料通常由Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ主族元素构成的单质或共价键化合物组成，目前能够满足这个标准的材料有金刚石、类金刚石〔DLC〕、立方氮化硼〔cBN〕、碳化氮〔C

N〕等。34PVDCVD涂层，这种涂层不但具有与材料本身同样的优良特性，如极高的硬度、极低的摩擦因数、极强的耐磨和耐腐蚀性能、良好的导热和化学稳定性能、高的禁带宽度等，而且其有用性较材料本身更强。、金刚石涂层金刚石是自然界中硬度最高的物质，此外它还具有低的摩擦因数、高的弹性模量、高的导热系数、高的声传播速度、宽的能带隙以及良好的化学稳定性等，然而自然金刚石的存量及价格限制了它的大规模商业化应用。目前一般会承受CVD石格外相近的物理和化学性能，依据金刚石的晶粒尺寸，可以将CVD〔MCD〕涂层和纳米晶金刚石〔NCD〕涂层，其中，晶粒尺寸小于10nm石〔UNCD〕涂层。CVD已进入产业化推广阶段，并形成了肯定的市场规模，应用领域格外多，如以下图所示：、类金刚石〔DLC〕涂层利用离子束沉积技术制备了一种化学组成、光学透过率、硬度以及耐磨损等性能与金刚石相近的非晶碳涂层。这种碳涂层具有以sp3键碳共价结合为主体，混合有sp2键碳的亚稳态长程无序立体网状构造，被称为类金刚石〔DLC〕涂层。DLC涂层中既有类似于金刚石的sp3键合形式，又有类似于石墨的sp2键合形式，因而其构造和性能介于金刚石和石墨之间。DLC、电阻率、导热系数、电绝缘强度、高红外透射性以及光学折射率，同时具有良好的化学稳定性和生物相容性等，在机械、电子、光学、声学、计算机以及生物医学等领域有着宽阔的应用前景。不过受沉积方式和环境的影响，DLC杂质，含各种C-H性能，尤其是硬度的影响很大。DLC涂层的制备方法很多，比金刚石涂层更简洁制备，基体温度不高，而且可在各种基体上沉积。目前其制备方法包括 和CVD两种方法。、立方氮化硼〔cBN〕涂层sp2sp3杂化构造｡氮化硼有四种异构体，其中，cBN构，晶体中氮原子与硼原子以sp3的形式杂化，是一种面心立方闪锌矿构造，硬度仅次于金刚石，其韦氏硬度大约为49GPacBN空气中氧化后会形成高密度的BO23

涂层，阻挡内部进一步氧化，它的抗氧化性优于金刚石的，在1200可以广泛用于周密加工和研磨钢铁等黑色金属。cBN同时它也可以用作各种热挤压和成型模具的外表防护涂层。此外，从红外到紫外〔包括可见光〕波谱范围内，cBN还具有良好的透光性，适合作为一些光学组件，特别适合作为硒化锌､硫化锌等光学窗口材料的外表防护涂层。cBN它在微电子领域同样具有格外宽阔的应用前景。cBN涂层的方法主要有HTHPCVDPVD法。HTHPPVDCVD、氮化碳〔C3N4〕涂层氮化碳(C3N4)涂层承受共轭梯度法计算后认为，可能存在α-C3N4､β-C3N4､c-C3N4p-C3N4g-CN34

5度都接近或超过了金刚石的硬度｡除了极高的硬度以外，CN34

还具有高弹性、低摩擦因数、抗氧化、耐磨损以及耐腐蚀等优良的性能，其化学惰性和稳定性优于金刚石的，同时具有较大的禁带宽度､｡CN34

材料被预言可能是一种抱负的发蓝光、高温半导体或场致放射材料，常用制备CN34

涂层的方法有反响溅射法、离子束关心沉积〔IBAD〕法、PLDPECVD离子镀法等。、纳米多层构造涂层及纳米复合涂层①.纳米多层构造涂层在争论金/镍和铜/钯纳米多层构造涂层时觉察，涂层在小调制周期时存在特别上升的超模量和超硬度效应。这种力学性能特别上升的效应及其强化机制引起了很多争论者的兴趣，成为涂层材料的争论热点之一。纳米多层构造涂层是指两种及以上材料或构造层以纳米级厚度交替排列而成的涂层体系，在厚度方向上存在纳米量级的周期性，这种构造存在大量界面，可以有效调整涂层中的位错和缺陷及其运动，增加材料的韧性，阻碍裂纹扩展，从而获得更高的硬度、弹性模量。纳米多层构造涂层可以人为设计和制备。依据材料的种类不同，纳米多层构造涂层主要可以分为金属//陶瓷〔氮化物、碳化物或硼化物等〕、陶瓷/陶瓷涂层等；依据晶体构造不同，纳米多层构造涂层可以分为单晶////非晶涂层等。PVD般是通过开启或关闭、屏蔽不同靶源，或者是使工件旋转交替经过不同的靶源，不同的靶源通过气体发生反响或直接沉积在工件外表形成多层构造涂层。磁控溅射是最常见的制备方法，包括直流多靶、射频、非平衡、单极和双极脉冲磁控溅射，此外还有磁控与过滤电弧、电弧PVDCVD目前，超硬纳米多层构造涂层技术仍处于研发中，还有很多理论和技术问题需要争论和解决。②.纳米复合涂层超晶格或纳米涂层以其奇异的使用性能引起了广泛兴趣。在此背景下，提出了纳米晶-无定形材料超硬涂层的概念，认为这种纳米涂层的晶粒完整，不含或含有少量晶体缺陷，硬度和体积弹性模量几乎接近理论值〔常用实际材料仅为理论值的 1/100左右〕。105GPanc-TiN/α-Si

N/α-＆nc-TiSi34

纳米复2合涂层〔nc，α为非晶〕，这使得金刚石作为最硬材料的地位受到了威逼。纳米复合涂层是涂层基体里含有纳米尺寸〔直径小于10nm〕的单晶金属或其它化合物粒子的纳米复合材料，基体相可以是纳米晶，也可以是非晶。试验结果说明，当晶粒尺寸为10nm的原子数与晶内的原子数相当，甚至更多，晶界位置阻挡了位错的形成，晶界滑动机制代替了掌握传统材料变形的位错运动机制；当晶粒尺寸小于5nm会形成纳米晶亚原子构造。这些过程的综合作用使纳米复合涂层的性能发生了变化，如极高的硬度和体积弹性模量、高的弹性恢复和韧性、良好的热稳定性和抗氧化性能等。此外，纳米复合涂层的合本钱钱较低，具有格外好的市场前景，是一种可能替代金刚石的多功能材料。总结一般硬质和超硬涂层因其优良的性能在众多领域都得到广泛应用。机械和构造零件在高精度、高负荷、高温等格外苛刻的条件下工作。由于磨损、腐蚀等缘由通常会造成零件失效，这就对材料以及外表防护涂层的性能提出了更高的要求。因此一般硬质和超硬涂层的生产和使用应留意以下几方面：①涂层沉积机制的理论解