xj****表面工程技术发展前沿概述(下) 

6 xj****表面工程技术的发展前沿

6.1 离子镀高性能耐磨涂层

    作为离子镀高性能耐磨涂层的一种类型，TiN系多层硬质膜正在向纳米多层膜发展，其中包括TiN／Ti(C，N)纳米多层膜；TiN／(Ti，A1)N纳米多层膜，TiN／CrN纳米多层膜，Ti／TiN纳米多层膜，Ti／Ti(C，N)纳米多层膜Ti／(Ti，Al)N纳米多层膜，Ti／CrN纳米多层膜。另一种类型是碳系硬质膜及其复合涂层，包括DLC(或ta—C)膜、CNx膜、碳系多层复合涂层。第三种类型则是TiN系膜与碳系硬质膜的杂化复合涂层。在涂层材料改进的同时，涂层制备工艺也取得了进展，其中较为突出的是，脉冲偏压在AlP上的采用，导致了PBAIP过程的远离平衡态特性，有利于提高涂层结合强度，降低内应力。但是，这方面的深入研究还有待今后的继续。

6.2 燃气轮机叶片xj****防护涂层

    防护涂层是现代燃气轮机必不可少的组成部分。现代燃气轮机效率取决于其工作温度，由于高温合金的使用温度已接近其使用温度极限，采用抗热腐蚀、热障涂层已成为提高燃气轮机工作温度的关键性措施，是否采用防护涂层，所用防护涂层的水平如何，也就成为评价现代燃气轮机设计水平的重要判据之一。热障涂层是当前的中心问题。它由粘结底层(通常为MCrAlY)和隔热表层(通常为ZrO2)构成。热障层与底层的组成、结构和工艺，目前还在不断改进和更新换代中。根据中国的现实情况，MCrAlY既用作热障涂层的粘结底层，但目前在中国更多是单独用作抗热腐蚀涂层。在制备工艺方面，近年来PBAIP已在提高MCrAlY系涂层性能水平、提高产品合格率上取得了明显的效果，但仍未能改变国内外长期形成的真空(低压)等离子喷涂(APS或LPPS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)、AlP、PBAIP等多种工艺并用，人力和资金分散滥用和浪费的整体格局。这个问题只有对工艺和产品使役性能进行系统全面的对比研究和对比生产，才可能得到解决。

6.3 特种薄膜材料的合成

    虽然金刚石的优异特性决定其应用前景广阔，对于产业界很具吸引力，但经过了80～90年代的长期努力，但是气相生长金刚石始终未能实现真正的产业化，其主要问题在于一直未能兼顾产品质量高、生产速率高和生产成本低的产业化基本要求。然而，原来并不被人们看好的类金刚石(DLC)膜，却因为人们在其氢含量、sp3键含量以及与薄膜性能关系等三方面进行了系统深入的研究，揭示了新苗头。目前，人们正在集中精力于四方非晶碳(ta—Carbon)膜的研究，并有可能在不远的将来，在力学性能、功能特性、产业化等方面都取得新突破。

    立方氮化硼(c—BN)膜的优异特性与金刚石膜相近，加上还具有优异的耐腐蚀特性，其吸引力不逊于金刚石膜。尽管如此，其产业化还是长期未能成功。据了解，存在的主要问题是产物中的非c—BN成分含量过高，且难去除。六方氮化硼(h—BN)也是一种性能优越的材料，虽然早已能够小批量生产，但其成本一直居高不下，影响了其广泛应用。

    SiC膜具有优越的高温电子学性能，90年代以来，SiC膜在硅片上的外延已成功，并实现了小批量生产，但价格十分昂贵，影响了其广泛应用。GaN在研究中已显示了性能上的优越性，但价格昂贵和毒性始终是其扩大应用的障碍。AlN的禁带宽度高达6.2 eV，是良好的绝缘材料。通过掺杂及其它途径，可适当降低禁带宽度，便于制作器件，有很大的应用潜力，但目前尚未得到足够的重视。

6.4 微／纳信息功能薄膜、器件和线路

    纳米多层信息功能膜、器件和线路是当前发展***迅速的前沿领域之一，其应用面十分广阔，包括处理器、显示器、存储器、传感器、线路板等。与此同时，它又是问题和困难***多的领域之一。首先，是薄膜材料和沉积技术。除前面已提及的化合物薄膜外，近年来在低介电常数膜、高介电常数膜、低比辐射率膜、太阳光谱高比辐射率膜、光伏膜、存储膜、透明导电膜、敏感膜、发光膜等方面均取得了进展。MFMS在氧化物薄膜上取得了良好的效果。其次，是图形刻蚀技术、驱动电路、驱动软件、封装越来越普及。第三，微器件应用逐渐超越了信息领域范围。

6.5 远离平衡态镀膜技术

    以上四个领域都在某些问题上急需要远离平衡态工艺，目前，可作为侯选者的技术有PLD、PBAIP、RFCVD、MFMS，均有可能成为一定范围内适用的技术。远离平衡态是这类工艺的共同的热力学特征。其优点是高的能量密度与低的总和功耗、低的沉积温度、低的内应力、良好的界面结合、有利于提高成品率，减少浪费。这个问题只有通过大量的工艺涂层性能以及涂层损毁机理研究才能够得到解决。

7 结束语

    在近年来xj****表面工程技术发展中，采用远离平衡态镀膜技术、等离子体技术、激光技术、纳米技术等均取得了良好的应用效果，也证明了基础研究对于推动前沿和高技术领域发展的重要性。xj****表面工程技术的应用面越来越广，从人民生活到国民经济，从高新技术到传统产业，促进了节能、节材、降低成本、环保化、生态化、小型化、微型化、轻量化、便携化。用xj****表面工程技术，迅速大量形成了规模化的高新技术产业，对经济起了巨大的推动作用。重视基础研究，加强服务观点，勤奋、求实、虚心、自信、坚持不懈，是xj****表面工程持续发展和成功之道。

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