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