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(xué)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(xué)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(dǎo)熱系數(shù)、高聲傳播速度、寬的能帶隙和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，一般會采用化學(xué)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(xué)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(dǎo)熱系數(shù)、電絕緣強度、紅外透射性以及光學(xué)折射率等，同時具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，在機械、電子、光學(xué)、聲學(xué)、計算機以及生物醫(yī)學(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致涂層完全失效。

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