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第1章 绪论1

1.1 硬质与超硬涂层的定义1

1.2 硬质涂层与超硬涂层的种类2

1.2.1 硬质涂层2

1.2.2 超硬涂层3

1.3 涂层材料的特殊性5

1.3.1 表面效应明显5

1.3.2 涂层与衬底的界面与黏附性5

1.3.3 涂层中的内应力8

1.3.4 涂层的异常结构和非理想化学计量比10

1.3.5 涂层的择优取向11

1.3.6 涂层的纳米多层结构和纳米晶复合结构12

1.3.7 涂层的优异的综合性能12

参考文献13

第2章 硬质与超硬涂层的制备技术14

2.1 真空蒸镀14

2.1.1 物质的热蒸发特性和真空蒸镀原理14

2.1.2 常见的真空蒸发装置15

2.1.3 真空蒸镀沉积涂层的工艺19

2.2.1 基本原理和特点21

2.2 溅射沉积21

2.2.2 常用溅射沉积涂层设备23

2.2.3 溅射沉积涂层的工艺27

2.2.4 溅射沉积涂层的应用29

2.3 离子镀沉积30

2.3.1 基本原理和特点30

2.3.2 常见的离子镀设备和工作原理30

2.3.3 电弧离子镀的工艺参数33

2.3.4 电弧离子镀涂层的应用34

2.4.1 基本原理和特点35

2.4 化学气相沉积35

2.4.2 常见的PECVD的装置和工作原理37

2.4.3 PECVD的工艺41

2.4.4 PECVD涂层的应用42

2.5 离子束沉积43

2.5.1 涂层制备中离子束的应用43

2.5.2 离子束辅助沉积43

2.5.3 低能离子束沉积44

2.5.4 离子簇束沉积44

2.6.1 分子束外延的基本原理45

2.6 分子束外延沉积45

2.6.2 分子束外延生长的装置46

2.6.3 分子束外延生长的工艺46

2.6.4 分子束外延涂层的应用47

参考文献47

第3章 硬质涂层49

3.1 概述49

3.2 金属氮化物涂层52

3.2.1 Ti-N系列涂层52

3.2.2 Cr-N系列涂层59

3.2.3 金属氮化物的合金化涂层64

3.2.4 金属氮化物涂层的制备技术及相关工艺70

3.2.5 影响金属氮化物涂层微结构和性能的因素70

3.2.6 其他金属氮化物系列涂层78

3.3 金属碳化物涂层80

3.3.1 TiC涂层80

3.3.2 W-C涂层83

3.3.3 Cr-C涂层91

3.4 金属硼化物涂层94

3.4.1 TiB2涂层95

3.4.2 ZrB2涂层97

3.5 金属氧化物涂层98

3.5.1 Al2O3涂层98

3.5.2 ZrO2涂层106

3.5.3 Cr2O3涂层113

3.5.4 TiO2涂层116

3.6 其他硬质涂层、多层结构涂层及梯度涂层121

参考文献124

第4章 超硬涂层127

4.1 金刚石涂层127

4.1.1 金刚石的晶体结构127

4.1.2 CVD金刚石涂层的性能及应用128

4.1.3 CVD金刚石涂层生长设备及工艺131

4.1.4 CVD金刚石涂层的形核和生长机理133

4.1.5 CVD金刚石涂层晶型显露规律138

4.1.6 大面积金刚石涂层的生长138

4.1.7 织构（高取向）金刚石涂层的生长144

4.1.8 金刚石涂层品质评价方法146

4.2 类金刚石（DLC）涂层146

4.2.1 类金刚石涂层的相结构147

4.2.2 类金刚石涂层的性能148

4.2.3 类金刚石涂层的制备方法和相关工艺153

4.2.4 类金刚石涂层的生长机理155

4.2.5 类金刚石涂层的质量评定和结构检测161

4.2.6 类金刚石涂层的应用领域165

4.3 立方氮化硼（c-BN）涂层167

4.3.1 氮化硼的异构体168

4.3.2 立方氮化硼（c-BN）的正四面体结构170

4.3.3 立方氮化硼涂层的性能和应用前景170

4.3.4 立方氮化硼涂层的制备技术和相关工艺172

4.3.5 立方氮化硼涂层的生长机理176

4.3.6 立方氮化硼涂层的研究现状及面临的问题178

4.4.1 氮化碳CNx的晶体结构181

4.4 氮化碳CNx涂层181

4.4.2 氮化碳CNx涂层的合成技术183

4.4.3 氮化碳CNx涂层性能及应用前景188

4.4.4 小结190

4.5 硼碳氮（BCN）涂层191

4.5.1 硼碳氮（BCN）的结构191

4.5.2 硼碳氮（BCN）涂层的制备技术及相关工艺192

4.5.3 硼碳氮（BCN）涂层的性能及表征193

4.6 纳米多层结构涂层和纳米晶复合涂层194

4.6.1 纳米多层结构涂层194

4.6.2 纳米晶复合涂层197

4.6.3 纳米多层结构涂层和纳米晶复合涂层的界面204

4.6.4 小结205

参考文献205

第5章 硬质与超硬涂层的增韧技术208

5.1 概述208

5.2 韧性相增韧210

5.3 纳米晶结构增韧213

5.4 成分或结构梯度增韧216

5.5 多层结构增韧218

5.6 碳纳米管增韧222

5.7 相变增韧223

5.8 压应力增韧225

5.9 复合增韧225

5.10 小结225

参考文献226

第6章 硬质与超硬涂层的表征228

6.1 涂层厚度的测量方法228

6.1.1 光学测量法228

6.1.2 称重法233

6.1.3 石英晶体振荡仪法233

6.1.4 轮廓仪（触针）法234

6.1.5 断面测量法235

6.1.6 成分法235

6.2 涂层结构的表征方法236

6.2.1 扫描电子显微镜236

6.2.2 透射电子显微镜239

6.2.3 扫描隧道显微镜241

6.2.4 原子力显微镜244

6.2.5 X射线衍射方法248

6.2.6 低能电子衍射和反射式高能电子衍射251

6.2.7 红外吸收光谱和拉曼光谱253

6.3 涂层成分的表征方法257

6.3.1 电子探针显微分析257

6.3.2 X射线光电子能谱260

6.3.3 俄歇电子能谱263

6.3.4 二次离子质谱267

6.3.5 卢瑟福背散射技术269

6.4 涂层结合强度的表征方法272

6.4.1 划痕法272

6.4.2 压痕法273

6.4.3 刮剥法273

6.4.4 拉伸法274

6.4.5 抗剪强度检测法275

6.4.6 激光剥离法276

6.4.7 弯曲法278

6.4.8 其他测量方法279

6.5 涂层硬度表征方法280

6.5.1 显微硬度测试280

6.5.2 纳米压痕硬度测试281

6.6 涂层韧性测量284

6.6.1 弯曲法284

6.6.2 弯折法286

6.6.3 划痕法287

6.6.4 压痕法288

6.6.5 拉伸法293

6.7 涂层耐磨性表征方法295

6.7.1 磨损实验方法295

6.7.2 耐磨性的评价297

6.8 涂层耐腐蚀性能表征方法298

6.8.1 电化学表征法298

6.8.2 涂层高温氧化性能测量305

参考文献306