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關(guān)閉窗口 | 摘要：綜述了硬質(zhì)薄膜材料的最新研究狀況。硬質(zhì)薄膜的設(shè)計(jì)向著多元化、多層膜的方向發(fā)展。本征超硬薄膜材料，如：金剛石、C-BN、B4C、TiB2、BC4N等的硬度可以達(dá)到50－80GPa。納米超晶格薄膜和納米晶復(fù)合膜兩類新的超硬薄膜的硬度分別隨超晶格的調(diào)制周期減小，納米晶晶粒尺寸減小而增加，它們的硬度都能達(dá)到40－70 GPa。最高硬度的薄膜材料nc-TiN / a-Si3N4采用PCVD方法制備，加載30mN測(cè)得塑性硬度（Plastic hardness）H=110GPa； 加載70Mn，H=80 GPa。本綜述對(duì)硬質(zhì)薄膜的應(yīng)用前景做了展望。 |
| Abstract: The latest progress of hard thin films was reviewed in this article. The multielement and multiplayer is the important developing direction of hard thin film relently. The hardness of intrinsically super hard materials, Diamond, C-BN, B4C, TiB2 and BC4N etc. can reach 50－80GPa . The hardness of two new superhard thin films, nanosuperlattice films and nanocrystalline complex films, which can reach the value of 40－70GPa ,increase with the reducing period of modulation and the minimizing grain size of nanocrystalline,respectively. The plastic hardness of nc-TiN / a-Si3N4, which possess the highest hardness prepared by PCVD ,was measured in a value of 110 GPa at applied loads of 30mN, in 80 GPa at a loads of 70mN, respectively. Furthermore, the applied prospection of hard films materials was also discussed in the summary.
一 引言 所謂“超硬”材料，系指顯微硬度HV≥40GPa的材料。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的進(jìn)步，難加工材料越來(lái)越多，金屬切削工藝的發(fā)展，特別是高速切削、干切削和微潤(rùn)滑切削工藝的出現(xiàn)，對(duì)金屬切削刀具提出了越來(lái)越嚴(yán)酷的技術(shù)要求。涂層刀具的出現(xiàn)，被認(rèn)為是金屬切削刀具技術(shù)發(fā)展史上的一次革命。將超硬薄膜材料鍍于金屬切削刀具表面，正適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)金屬切削刀具的高技術(shù)要求，金屬切削刀具基體保持了其較高的強(qiáng)度，鍍于表面的涂層又能發(fā)揮它“超硬、強(qiáng)韌、耐磨、自潤(rùn)滑”的優(yōu)勢(shì)，從而大大提高了金屬切削刀具在現(xiàn)代加工過(guò)程中的耐用度和適應(yīng)性。此外，許多在磨擦環(huán)境中使用的部件，例如紡機(jī)上的鋼領(lǐng)圈，內(nèi)燃機(jī)中的活塞環(huán)，各種模具等，硬質(zhì)薄膜材料也能大大提高其使用壽命。因此硬質(zhì)薄膜材料可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造，汽車工業(yè)，紡織工業(yè)，地質(zhì)鉆探，模具工業(yè)，航空航天等領(lǐng)域。 實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用，硬度只是諸多技術(shù)要求中的一個(gè)，此外還有高溫硬度和韌性，抗氧化性，化學(xué)穩(wěn)定性，硬質(zhì)材料對(duì)工件的磨擦系數(shù)和磨損率，涂層的附著強(qiáng)度，導(dǎo)熱系數(shù)等都有一定的要求。對(duì)于不同的使用場(chǎng)合，薄膜的技術(shù)要求各有側(cè)重。 硬質(zhì)薄膜的制膜方法主要分物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）兩大類，近年來(lái)，它們分別都有長(zhǎng)足進(jìn)步。PVD技術(shù)中，電弧離子鍍和磁控濺射離子鍍是工業(yè)生產(chǎn)的主流鍍膜技術(shù)。電弧離子鍍以其離化率高，薄膜生長(zhǎng)速度快，涂層附著強(qiáng)度好等一系列優(yōu)點(diǎn)，占了涂層市場(chǎng)的很大份額。九十年代中期我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)的七臺(tái)大型鍍膜機(jī)均為電弧離子鍍，對(duì)我國(guó)的鍍膜工業(yè)進(jìn)步起到很大推動(dòng)作用。最近磁控濺射離子鍍，由于非平衡磁場(chǎng)，多靶磁場(chǎng)耦合，孿生磁控靶，脈沖濺射，中頻交流濺射電源等新技術(shù)的出現(xiàn)，使磁控濺射技術(shù)在制備多元素復(fù)合膜，超晶格薄膜和納米晶超硬薄膜方面，超過(guò)了電弧離子鍍方法。先進(jìn)的磁控濺射技術(shù)為沉積超硬薄膜提供了技術(shù)保證，完善的鍍膜設(shè)備功能是保證超硬薄膜材料質(zhì)量的基礎(chǔ)。超硬薄膜材料是材料科學(xué)與工程中十分活沃的領(lǐng)域。 |
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