工业的发展对材料性能提出了越来越高的要求，利用超硬膜进行材料表面防护是改进材料性能的一个重要途径。在不改变材料整体性能的前提下通过在材料表面沉积一层高硬度的膜，不仅经济而且能够大大提高材料的使用寿命。金刚石是自然界存在的最硬物质，人们通常用它来定义硬度的单位，但是天然金刚石数量有限，而人工合成的金刚石又太昂贵，而且在高温下较差的热稳定性和化学稳定性严重限制了它的应用。探索新的超硬材料是必然的。1989年，美国科学家Cohen教授根据在研究一系列材料的弹性模量时提出的一个半经验公式，推断碳氮化合物可能具有超过金刚石的硬度。这种共价化合物的晶体结构类似于氮硅间共价化合物p-Si₃N₄，因此被称为β-C₃N₄。 武汉大学范湘军课题组采用阴极封闭型非平衡磁场直流反应磁控溅射法沉积TiN/C₃N₄超硬纳米多层复合薄膜，这也是获得晶态C₃N₄的一种重要方法，因为C₃N₄受到易于结晶的TiN的强迫晶化。而且他们还尝试在高速钢上沉积这种复合膜作为超硬涂层改善刀具的性能，为将氮化碳推向实际应用迈出了重要的一步，领先于国内同行。对于TiN/CN_x超硬涂层，以前的工作主要围绕是否合成了晶态CN结构，而对整个复合涂层的微观结构及其性能研究很少。 本课题主要是对上述TiN/CN_x超硬纳米涂层的成分、显微组织、断口形貌、显微结构，进行了观察和分析，探讨了涂层的生长机理，以及各种工艺参数对涂层性能的影响，为制备性能优异的涂层提供了理论依据和具体的参考措施。 全文共分九章。第一章到第三章由总到分的逐步简要介绍了超硬薄膜，C₃N₄超硬薄膜，直到TiN/C₃N₄超硬纳米多层膜，重点叙述了各种超硬薄膜的制备，研究现状和应用。第四章介绍了本选题的目的和意义以及本文所做的主要工作。第五章介绍了实验材料和样品制备等。第六章至第八章利用扫描电子显微镜（SEM），X射线衍射仪（XRD），X射线能量分散谱仪（EDS）对涂层的显微组织，显微结构，成分进行了观察和分析，较为系统地分析了不同工艺参数下制备的涂层的微观特征，提出了基底温度和负偏压影响涂层 武汉理工大学硕士学位论文 的生长和性能：基底温度和负偏压比较高时，涂层发生赝形生长，形成了 TiZNCNx纳米多层膜，每一层都在纳米范围，涂层薄而致密，硬度由于纳米 多层膜的超硬效应而非常高，附着力却由于大的压应力而偏低；而基底温度， 负偏压较低时，涂层的生长方式纳米微晶一无定形(Ti。N微晶一CNx无定形卜 涂层厚缺陷多，硬度不太高，附着力很好。还得出了该制备方法中氮气流量 不足，Ti、N形成了TiZN，而不是TIN。对基体预轰击一定时间再沉积簿膜 可以提高附着力。 第九章综合分析了有关超硬纳米多层膜中外文献上的实验数据后，提出 了获得最大硬度时的调制周期几数学表达式：人＝了，d是平均面间距： f为失配度。 第十章是全文总结。论文最后列出了参考文献以及在读期间发表的论文 等。