超硬涂層材料通常由Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ主族元素構(gòu)成的單質(zhì)或共價鍵化合物組成，目前能夠滿足這個標準的材料有氮化碳、金剛石、類金剛石、立方氮化硼等。利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法將這些材料沉積到基體表面即可獲得超硬涂層。這種涂層不但具有與材料本身同樣的優(yōu)良特性，且實用性較材料本身更強。

　　氮化碳涂層

　　Teter等采用共軛梯度法計算后認為，可能存在α-C3N4、β-C3N4、立方相c-C3N4、準立方相p-C3N4以及類石墨相g-C3N4等五種結(jié)構(gòu)。除石墨相外，其它四種結(jié)構(gòu)的硬度都接近或超過了金剛石的硬度。除硬度高外，氮化碳還具有高彈性、低摩擦因數(shù)、抗氧化、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)勢，同時還有較大的禁帶寬度和較高的折射率等，其化學惰性和穩(wěn)定性都優(yōu)于金剛石。

　　金剛石涂層

　　金剛石是自然界中已知的硬度最高的物質(zhì)，其具有低摩擦因數(shù)、高彈性模量、高導熱系數(shù)、高聲傳播速度、寬的能帶隙和良好的化學穩(wěn)定性等，一般會采用化學氣相沉積法制備金剛石涂層，它具有與天然金剛石非常相近的物理和化學性能。目前，部分產(chǎn)品已進入產(chǎn)業(yè)化推廣階段，并形成了一定的市場規(guī)模，應(yīng)用領(lǐng)域非常多。

　　類金剛石涂層

　　類金剛石涂層具有與金剛石涂層非常相近的性能，即極高的硬度、電阻率、導熱系數(shù)、電絕緣強度、紅外透射性以及光學折射率等，同時具有良好的化學穩(wěn)定性和生物相容性，在機械、電子、光學、聲學、計算機以及生物醫(yī)學等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但受沉積方式和環(huán)境影響，類金剛石涂層中可能含有氫等雜質(zhì)，以及各種C-H鍵。因此，不同的制備方法和工藝條件對涂層的性能，尤其是硬度的影響很大。

　　立方氮化硼涂層

　　氮化硼是一種Ⅲ-Ⅴ族共價化合物，有四種異構(gòu)體，其中，立方氮化硼具有與金剛石類似的結(jié)構(gòu)，硬度僅次于金剛石，但其涂層具有比金剛石更高的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和抗氧化性，還具有良好的透光性，因而廣泛應(yīng)用于精密加工和研磨鋼鐵等黑色金屬、光學窗口材料的表面防護涂層。立方氮化硼是理想的刀具及各種機械耐磨部件的耐磨涂層，其寬的光帶間隙、高導熱系數(shù)以及良好的絕緣性也使得它在微電子領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前，超硬涂層材料被廣泛用于儀表工程、核電裝備、半導體工業(yè)、航空航天制造和現(xiàn)代工業(yè)制造等諸多領(lǐng)域。但要確保涂層實際使用的效果理想，除了要對超硬涂層的制備及改性技術(shù)進行深入研究外，還需要根據(jù)涂層服役工況進行相關(guān)的性能研究和損傷監(jiān)測，以避免因分層、開裂、腐蝕、變色等導致涂層完全失效。

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