超硬涂層知識(shí)圖文并茂詳解

1/8超硬涂層學(xué)問(wèn)圖文并茂詳解〔6〕超硬涂層材料通常由Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ主族元素構(gòu)成的單質(zhì)或共價(jià)鍵化合物組成，目前能夠滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的材料有金剛石、類金剛石〔DLC〕、立方氮化硼〔cBN〕、碳化氮〔C

N〕等。34PVDCVD涂層，這種涂層不但具有與材料本身同樣的優(yōu)良特性，如極高的硬度、極低的摩擦因數(shù)、極強(qiáng)的耐磨和耐腐蝕性能、良好的導(dǎo)熱和化學(xué)穩(wěn)定性能、高的禁帶寬度等，而且其有用性較材料本身更強(qiáng)。、金剛石涂層金剛石是自然界中硬度最高的物質(zhì)，此外它還具有低的摩擦因數(shù)、高的彈性模量、高的導(dǎo)熱系數(shù)、高的聲傳播速度、寬的能帶隙以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，然而自然金剛石的存量及價(jià)格限制了它的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前一般會(huì)承受CVD石格外相近的物理和化學(xué)性能，依據(jù)金剛石的晶粒尺寸，可以將CVD〔MCD〕涂層和納米晶金剛石〔NCD〕涂層，其中，晶粒尺寸小于10nm石〔UNCD〕涂層。CVD已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣階段，并形成了肯定的市場(chǎng)規(guī)模，應(yīng)用領(lǐng)域格外多，如以下圖所示：、類金剛石〔DLC〕涂層利用離子束沉積技術(shù)制備了一種化學(xué)組成、光學(xué)透過(guò)率、硬度以及耐磨損等性能與金剛石相近的非晶碳涂層。這種碳涂層具有以sp3鍵碳共價(jià)結(jié)合為主體，混合有sp2鍵碳的亞穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)程無(wú)序立體網(wǎng)狀構(gòu)造，被稱為類金剛石〔DLC〕涂層。DLC涂層中既有類似于金剛石的sp3鍵合形式，又有類似于石墨的sp2鍵合形式，因而其構(gòu)造和性能介于金剛石和石墨之間。DLC、電阻率、導(dǎo)熱系數(shù)、電絕緣強(qiáng)度、高紅外透射性以及光學(xué)折射率，同時(shí)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性等，在機(jī)械、電子、光學(xué)、聲學(xué)、計(jì)算機(jī)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著寬闊的應(yīng)用前景。不過(guò)受沉積方式和環(huán)境的影響，DLC雜質(zhì)，含各種C-H性能，尤其是硬度的影響很大。DLC涂層的制備方法很多，比金剛石涂層更簡(jiǎn)潔制備，基體溫度不高，而且可在各種基體上沉積。目前其制備方法包括 和CVD兩種方法。、立方氮化硼〔cBN〕涂層sp2sp3雜化構(gòu)造?氮化硼有四種異構(gòu)體，其中，cBN構(gòu)，晶體中氮原子與硼原子以sp3的形式雜化，是一種面心立方閃鋅礦構(gòu)造，硬度僅次于金剛石，其韋氏硬度大約為49GPacBN空氣中氧化后會(huì)形成高密度的BO23

涂層，阻擋內(nèi)部進(jìn)一步氧化，它的抗氧化性優(yōu)于金剛石的，在1200可以廣泛用于周密加工和研磨鋼鐵等黑色金屬。cBN同時(shí)它也可以用作各種熱擠壓和成型模具的外表防護(hù)涂層。此外，從紅外到紫外〔包括可見(jiàn)光〕波譜范圍內(nèi)，cBN還具有良好的透光性，適合作為一些光學(xué)組件，特別適合作為硒化鋅?硫化鋅等光學(xué)窗口材料的外表防護(hù)涂層。cBN它在微電子領(lǐng)域同樣具有格外寬闊的應(yīng)用前景。cBN涂層的方法主要有HTHPCVDPVD法。HTHPPVDCVD、氮化碳〔C3N4〕涂層氮化碳(C3N4)涂層承受共軛梯度法計(jì)算后認(rèn)為，可能存在α-C3N4?β-C3N4?c-C3N4p-C3N4g-CN34

5度都接近或超過(guò)了金剛石的硬度?除了極高的硬度以外，CN34

還具有高彈性、低摩擦因數(shù)、抗氧化、耐磨損以及耐腐蝕等優(yōu)良的性能，其化學(xué)惰性和穩(wěn)定性優(yōu)于金剛石的，同時(shí)具有較大的禁帶寬度??CN34

材料被預(yù)言可能是一種抱負(fù)的發(fā)藍(lán)光、高溫半導(dǎo)體或場(chǎng)致放射材料，常用制備CN34

涂層的方法有反響濺射法、離子束關(guān)心沉積〔IBAD〕法、PLDPECVD離子鍍法等。、納米多層構(gòu)造涂層及納米復(fù)合涂層①.納米多層構(gòu)造涂層在爭(zhēng)論金/鎳和銅/鈀納米多層構(gòu)造涂層時(shí)覺(jué)察，涂層在小調(diào)制周期時(shí)存在特別上升的超模量和超硬度效應(yīng)。這種力學(xué)性能特別上升的效應(yīng)及其強(qiáng)化機(jī)制引起了很多爭(zhēng)論者的興趣，成為涂層材料的爭(zhēng)論熱點(diǎn)之一。納米多層構(gòu)造涂層是指兩種及以上材料或構(gòu)造層以納米級(jí)厚度交替排列而成的涂層體系，在厚度方向上存在納米量級(jí)的周期性，這種構(gòu)造存在大量界面，可以有效調(diào)整涂層中的位錯(cuò)和缺陷及其運(yùn)動(dòng)，增加材料的韌性，阻礙裂紋擴(kuò)展，從而獲得更高的硬度、彈性模量。納米多層構(gòu)造涂層可以人為設(shè)計(jì)和制備。依據(jù)材料的種類不同，納米多層構(gòu)造涂層主要可以分為金屬//陶瓷〔氮化物、碳化物或硼化物等〕、陶瓷/陶瓷涂層等；依據(jù)晶體構(gòu)造不同，納米多層構(gòu)造涂層可以分為單晶////非晶涂層等。PVD般是通過(guò)開(kāi)啟或關(guān)閉、屏蔽不同靶源，或者是使工件旋轉(zhuǎn)交替經(jīng)過(guò)不同的靶源，不同的靶源通過(guò)氣體發(fā)生反響或直接沉積在工件外表形成多層構(gòu)造涂層。磁控濺射是最常見(jiàn)的制備方法，包括直流多靶、射頻、非平衡、單極和雙極脈沖磁控濺射，此外還有磁控與過(guò)濾電弧、電弧PVDCVD目前，超硬納米多層構(gòu)造涂層技術(shù)仍處于研發(fā)中，還有很多理論和技術(shù)問(wèn)題需要爭(zhēng)論和解決。②.納米復(fù)合涂層超晶格或納米涂層以其奇異的使用性能引起了廣泛興趣。在此背景下，提出了納米晶-無(wú)定形材料超硬涂層的概念，認(rèn)為這種納米涂層的晶粒完整，不含或含有少量晶體缺陷，硬度和體積彈性模量幾乎接近理論值〔常用實(shí)際材料僅為理論值的 1/100左右〕。105GPanc-TiN/α-Si

N/α-＆nc-TiSi34

納米復(fù)2合涂層〔nc，α為非晶〕，這使得金剛石作為最硬材料的地位受到了威逼。納米復(fù)合涂層是涂層基體里含有納米尺寸〔直徑小于10nm〕的單晶金屬或其它化合物粒子的納米復(fù)合材料，基體相可以是納米晶，也可以是非晶。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)晶粒尺寸為10nm的原子數(shù)與晶內(nèi)的原子數(shù)相當(dāng)，甚至更多，晶界位置阻擋了位錯(cuò)的形成，晶界滑動(dòng)機(jī)制代替了掌握傳統(tǒng)材料變形的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)機(jī)制；當(dāng)晶粒尺寸小于5nm會(huì)形成納米晶亞原子構(gòu)造。這些過(guò)程的綜合作用使納米復(fù)合涂層的性能發(fā)生了變化，如極高的硬度和體積彈性模量、高的彈性恢復(fù)和韌性、良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能等。此外，納米復(fù)合涂層的合本錢錢較低，具有格外好的市場(chǎng)前景，是一種可能替代金剛石的多功能材料?？偨Y(jié)一般硬質(zhì)和超硬涂層因其優(yōu)良的性能在眾多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。機(jī)械和構(gòu)造零件在高精度、高負(fù)荷、高溫等格外苛刻的條件下工作。由于磨損、腐蝕等緣由通常會(huì)造成零件失效，這就對(duì)材料以及外表防護(hù)涂層的性能提出了更高的要求。因此一般硬質(zhì)和超硬涂層的生產(chǎn)和使用應(yīng)留意以下幾方面：①涂層沉積機(jī)制的理論解