现代离子镀膜技术
2024-02-29 13:07:29 0 举报AI智能生成
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现代离子镀膜技术思维导图
作者其他创作
大纲/内容
低真空 1*10E2 - 1*10E5 Pa 机械泵，滑阀泵，旋片泵，螺杆泵
中真空 1*10E-1 - 1*10E2 Pa 增压泵，罗茨泵
高真空 1*10E-5 - 1*10E-1 Pa 扩散泵，分子泵
超高真空泵 1*10E-8 - 1*10E-5 Pa 吸附泵，溅射泵
1 ATM=1 bar=1*10E3 mbar=1*10E5 pa
真空分类
Pirani 电阻式 大气压 - 10E-4mba 不同气体影响精度 充气使用
Baratron 电容式 大气压 - 5*10E-5mbar 不受气体种类影响 制程中使用
Penning 电离式 10-2 - 5*10E-9mbar 抽真空使用
真空计
1.碰撞
2.物理吸附和解吸 吸附力为范德瓦尔斯力 吸附同时放热，需提供吸附热以解吸
3.化学吸附和脱附 固体表面原子键未饱和时，可形成化学吸附，比范德瓦尔斯力大，离子镀膜过程中，容器壁和工件上吸附的杂质气体在镀膜过程中会不断解吸放出，影响膜层纯度和附着力，所以镀膜前，进行烘烤或离子溅射清洗
4.蒸发和升华 蒸发和凝结速度平衡时气体压强为饱和蒸气压 真空度和蒸发温度成反比
气体分子和固体表面的相互作用
价电子为整个晶体共有，价电子在具体中自由运动
偶电层力 电子在金属表面飞出飞回，在金属表面形成偶电层，偶电层排除进入其中的电子，偶电层产生的势垒高度称为费米能级
电象力 金属与电荷的作用像金属内部同样距离有一个符号相反，大小相同的电荷存在
势垒 = 费米能级+逸出功 能量大于势垒的电子才能从金属表面逸出
金属热电子发射 发射电流密度同温度平方成正比，有外加电场时，热电子可以在更低的温度下发射
冷场致发热 场致发射电流密度同电场强度成正比，极间距离越短，电场强度越大，在阴极表面形成正离子堆积层，堆积层和阴极距离小于微米级时，电场强度E增大到可以冷场致发射，凸起处距离最近，发生击穿，产生冷场致电子发射流
光电子发射 光照射下发射出来的电子称为光电子，光电子的动能随着光频率的升高而直线增加
二次电子发射 电子离子或其他粒子轰击阴极表面发射出来的电子称为二次电子，引发二次电子发射的粒子称为原粒子，轰击电子产生二次电子数，随轰击电子能量上升，先增大再减小。正离子轰击阴极发射二次电子的过程是维持气体放电的基本过程。
阴极表面电子发射
真空物理
完全电离
部分电离
弱电离
按气体电离程度分类
热等离子体
低温等离子体 非平衡等离子体/冷等离子体 电子温度数万摄氏度，离子和其他粒子温度较低辉光，射频，弧光放电均属低温等离子体
按电子和重粒子的能量分类
利用粒子热运动
利用电磁波能量 光，X射线，γ5射线照射
利用接触电离
利用电子与离子混合
利用高能电子与气体产生碰撞电离 电子在电场的作用下加速，获得足够的能量，与中性粒子碰撞使气体电离获得等离子体，放电形式有电晕放电，辉光放电，弧光放电
等离子体的获得方法
等离子体 离子电子高能中性原子的集合体
热运动 电子和离子动能相同，速度平方同质量成反比
迁移运动 电场作用下，带电粒子向异性电极的运动称为迁移运动
扩散运动 沿浓度降低的方向运动 真空度越低，碰撞次数越多，扩散运动越慢
带电粒子的运动状态
电子在电场作用下获得的能量=eU
基态 电子受原子核的束缚在不同能级轨道做旋转运动
谐振激发 10E-8 - 10E-6s内放出能量，激发发光
亚稳激发 10E-4至数秒内放出能量，可与气体原子发生碰撞传递一半能量，也可以再获得能量，电离
激发 低能轨道电子吸收入射电子能量，跃迁至高能级轨道，该入射电子在电场中经过的电位差称为激发电位
电离 电子与气体碰撞产生电离称第一类非弹性碰撞， 电离概率由于电离需一定能量交换时间，随入射电子能量增加，先升高再下降，辉光放电1000V以上，弧光放电20-70V
正离子造成的转荷过程 正离子能量有限，引起电离概率很小，多数碰撞进行转荷，产生电荷交换而无能量交换，转荷是产生离子和高能中性原子的重要来源之一
亚稳原子累计电离
亚稳原子能量传递给电子
亚稳原子与常态原子能量交换，形态交换
潘宁效应 气体离子或亚稳原子与固体原子碰撞，气体离子变为常态，固体原子电离，气体电离电位和激发电位比金属高很多，容易产生潘宁效应
亚稳原子与化合物气体分子作用，使化合物分子离解为基元粒子
热电离 3000K以上时，高速原子碰撞引起热激发和热电离
光电离 光子能量大于分子的eU，可以产生光致激发 只有短波长的紫外光，X射线，γ射线和激光才能引起光电离，光致激发的概率远大于光致电离，金属发光多源于金属吸收了光子的能量后产生跃迁，又跳回时发出能量光，波长不同，颜色不同
第二类非弹性碰撞 其他因素造成的激发和电离
非弹性碰撞 重粒子传递一半能量，电子将全部能量传递，使之激发成为受激原子或电离成离子
弹性碰撞 重粒子碰撞传递能量的一半，电子和重粒子碰撞，几乎不损失能量
附着 电子被原子分子捕获形成负离子，惰性气体和金属原子形成的负离子非常不稳定，卤素元素获得一个电子将外层电子层填满时，成为稳定负离子
离脱 电子从负离子放出的过程
定义中性原子和负离子能量差为亲和势，单位eV
附着和离脱
消电离 电子与离子在空间，器壁或进入电极而消失，复合后放出能量加热器壁
气体放电中的发光分激发发光和电离发光
粒子间的碰撞
雪崩放电 接通阴阳极电源，空间中原有电子在电场下加速，碰撞中性气体分子使之电离，离子向阴极运动，电子向阳极运动，进一步产生更多碰撞电离，形成电子繁流过程，非自持
自持放电 正离子从阴极表面激发二次电子，二次电子向阳极运动与气体碰撞，产生正离子，正离子加速到达阴极激发出又一个二次电子
气体的点燃条件 电子携带的能量大于气体电离能，放电电压是气压与级间距离，气体的巴邢曲线有最小值，最低点燃电压。一旦产生气体放电，放电电压会陡降到维持自持放电的电压，说明引燃电压不是最低点燃电压，铁基材料用氩气放电的点燃电压约265V
非自持暗放电区 雪崩式汤生放电，电压增大，电流微增
自持暗放电区 B点电压为击穿电压Vb，高于点燃电压Uzmin，微弱发光，电压不变，电流增加
过渡区 电压陡降，电流突增 阴极发出较强辉光
正常辉光放电区 Uzmin，维持稳定正常辉光放电电压，减小限流电阻，起辉面积增加，电压不变，电流增加
异常辉光放电区 阴极斑覆盖整个阴极表面时，电压增加，电流也增加 磁控溅射，PECVD一般在异常辉光放电区
辉光向电弧放电过渡区 G点时，阴极电流密度很大，局部阴极加热到很强的热电子发射过程，电阻减小，电压陡降，电流突增，过渡为弧光放电
稳定弧光放电区 电压为20-70V，电流密度100A/cmE2以上
伏安特性曲线
阴极位降 离子速度慢，堆积在阴极附件，形成等效阳极 场强E=U/d，场强增加，Uz将降至Uzmin，放电进入稳定辉光放电区，阴极位降区宽度dc同P成反比，d=dc时，级间只存在阴极位降区，d＜dc时，放电熄灭
阿斯顿暗区 电子被离子激发，能量小
阴极辉光 加速后能量足够激发发光
阴极暗区
负辉区 能量较高，产生电离/激发，发光最强
法拉第暗区 在负辉区失去能量
正柱区 电子密度和正离子密度相等，等离子体区，传导电流
阳极暗区
阳极辉光
两级间明暗相间发光层
空心阴极辉光叠加 两电极间电子来回震荡，增加了碰撞概率
有利于镀绝缘膜 绝缘膜阻挡正离子进入阳极，形成正离子堆积，造成击穿打火，阳极绝缘膜阻挡电子进入阳极，造成阳极消失，使用射频电源时，上半个周期阴极上累积的正电荷将在下半个周期被电子中和
高频电极自偏压 离子速度慢造成累积，高频电极在每个周期大部分时间处于负电位，起到直流辉光放电中阴极位降的作用
射频放电 电子在两级间来回震荡，离子速度慢，频率很高时视为静止
微波放电 电子与氩原子发生弹性碰撞并改变方向瞬间，电场换向，使 电子持续加速，产生大量电离
辉光放电 产生激发及复合发光
高气压弧光放电 100pa以上，热平衡
低气压弧光放电 100pa以下，真空电弧 弧柱中电子温度高达10E4-10E5K，重粒子温度略高于环境温度 非平衡等离子体
按放电气压分
空心阴极弧光放电 数百伏电压点燃气体，产生空心阴极辉光放电，大量氩离子轰击阴极表面，发射热电子流，产生弧光放电 属于自持热阴极弧光放电
热丝弧枪弧光放电 低压大电流将钨丝加热，发射高密度电子，通入氩气，接通弧电源，热电子流将氩气电离，又产生大量电子，射向阳极
热弧光放电 当金属表面温度很高，电子能量高于逸出功时，电子发射，热电子流密度很大形成阴极弧光放电，依靠阴极稳定发射热电子维持，热电子流密度同温度平方成正比
冷场致弧光放电
弧光放电形式
弧光放电
正离子激发二次电子发射 维持自持放电必要条件
正离子轰击加热阴极 60%以上能量转化为热能，使阴极升温，离子轰击使工件升温，有利于膜层原子扩散，改善膜层组织，在溅射镀膜中，靶阴极需要良好冷却，否则靶材会分解融化
溅射系数与入射粒子能量 随入射粒子能量增加，先由于地域阈值不变再增加再减少，减少是由于离子注入晶格内部，大部分能量损失在靶材内部
溅射系数与压强 随P增加而减少，气体分子数逐渐增加，发生散射 溅射出的粒子能量比蒸发出的粒子能量大1-2个数量级 为5-10eV
离子注入 入射离子能量大于30000eV时，深入靶材，增加了阴极表面晶体缺陷，注入速度为5-10nm/keV，是材料表面改性重要手段
激发出粒子，可以进行质量仪器分析
气体离子产生阴极溅射作用 如氩离子轰击靶材溅射
离子的作用
电子轰击二次电子发射
轰击阳极加热
激发出俄歇电子，X射线
电子的作用
带电粒子的作用
静电场中的运动 1/2mvE2=eU
径向电场中圆周运动
磁场中的运动 洛伦兹力
带电粒子的运动
气体放电
气体的激发和电离
等离子物理基础
在高真空中蒸气原子在工件表面形核，成长成膜
高真空，10E-5 - 10E-3 pa，分子自由程1-10m，远大于蒸发距离，径直飞向工件，避免多次撞击损失能量
绕镀性差，工件侧面，背面几乎没有膜层
蒸发温度为1000-2000℃，金属原子能量0.1-0.2eV，能量低，结合力小，很难形成化合物涂层
组织细密
金属蒸发温度随气压降低而降低
分馏现象 选用合金膜料时，低熔点金属先蒸发
克服分馏现象，采用瞬时蒸发，或采用多蒸发源
电阻
蒸发高熔点金属或蒸发速度要求高时采用电子枪蒸发源
灯丝阴极用钨丝，低压大电流负极，电子束流在高压电场作用下，加速轰击，动能转化为热能，将金属蒸发
e型电子枪在磁场作用下偏转，正离子方向与电子相反，避免正离子对膜层污染
电子枪
高频感应加热
激光蒸发镀
形核-生长
真空度越低，碰撞频繁，在空间集结成原子团，到达工件后很难扩散迁移，形成粗大岛状晶核
真空度低，工件表面吸附一层残余气体，膜基结合力低
工件温度超过被镀材料再结晶温度时，获得再结晶等轴晶，控制工件温度，可得所需组织
点蒸发源，平面工件卡具中心处比边缘厚度大，可设计球面工件卡具
生长规律
抽真空 开启机械泵抽至2pa，打开扩散泵或分子泵抽至5*10E-3pa
烘烤加热工件
轰击净化工件 充入氩气，真空度2-3pa，另设轰击电源，辉光放电，氩离子在镀膜室内无规则运动，对工件进行溅射，刻蚀，轰击电压1000-3000v，轰击20min，关闭氩气，抽真空至6*10E-3pa
镀膜
冷却取出工件
工艺过程
真空蒸发镀
PVD 利用热源将固态物质源加热蒸发，用热能将金属蒸发（升华）出来的金属蒸汽原子在高真空中运输到基材表面沉积形成薄膜。
1000℃高温下气体热分解成活性原子，高温下获得能量在工件上形成化合物
高温下进行，膜基结合力好
膜层均匀性好于PVD
设备结构简单
废气较多，必须进行防护处理
沉积温度高，不利于低回火温度的金属工件
HCVD 热化学气相沉积
MOCVD 金属有机化合物气相沉积
ALD 原子层沉积
CVD 利用热能将通入的无机物气体热分解成活性原子，在高温的基材表面化学反应沉积形成薄膜
高分子有机聚合 气体有机物单体在高温，高压和引发剂作用下聚合得到高分子聚合物
薄膜的初始制备技术
离子镀工件接偏压负极，蒸发电极接正极
轰击净化工件 充入氩气，真空度2-3pa，工件负偏压1000-3000v，轰击20min
镀膜 开启电阻蒸发电源，蒸发出的金属原子在放电空间电离成离子，在负偏压作用下加速到达工件表面
冷却至120℃通入空气取出工件
粒子能量 离化率低于3%，但经过多次碰撞能量传递，中性原子能量能达到0.03-225eV，含有大量高能中性原子
低真空度，保证碰撞发生电离激发及产生高能中性粒子，真空度1-2pa，气体分子自由程在毫米级，施加负偏压和低真空是离子镀和蒸发镀的本质区别
边成膜边轰击清洗，清除表面残余气体和污染层，有利于提高结合力
提高致密度，对已沉积膜层夯实
一边溅射，一边镀膜，击碎不牢膜层
溅射出的工件离子返回工件，形成过渡层 - 伪扩散层，分散了膨胀系数不同产生的应力，提高了结合力
沉积速度需大于反溅射速度，初期采用高偏压，使表面净化并产生共混层，然后降低偏压
高能金属离子加速到达工件，对工件加热
碰撞多，绕镀性好
离子能量高，不会在空间凝结层大晶核，而是以细小粒子状态流向工件
低真空度时，需较高偏压消除柱状晶，高真空度时，对偏压要求降低
二级型离子镀中高能离子作用
优点 膜基结合力大，组织细密，绕镀性好，结构可控
缺点 膜层粒子能量过高，对基材组织产生一定损伤，不适于低温基材；点状蒸发源，镀膜范围小
优缺点
直流二级型离子镀
活性反应离子镀膜
热阴极离子镀膜
增强型活性反应离子镀膜
抽真空 抽至5*10E-3pa
充入氩气，真空度100pa
开启偏压 由于电流密度大，偏压只需50-200V
开启弧电源，辉光放电，放电电压800-1000v，引弧电流30-50A，由于空心阴极效应，辉光放电电流密度大，高密度氩离子轰击钽管壁，迅速升温发生电子流，突变为弧光放电，电压40-70v，电流80-300A，钽管温度2300K以上，呈白炽光状态，从钽管发射出高密度电子流，射向阳极
辉光放电真空度100pa，迅速减少通入氩气，真空度降为适合镀膜的8*10E-1 - 2Pa
镀钛底层 电子流射向阳极坩埚钛金属，动能转换为热能，钛金属蒸发
通入氮气，氮气和钛原子电离为钛离子和氮离子，离化率高达20%-40%，沉积层氮化碳膜，空心阴极既是蒸发源，又是离化源
空心阴极
将钽丝加热至2300K以上，发射电子流，向热丝弧枪室通入氩气，向阳极发射出高密度电子流弧柱，弧电压50V，弧电流150-200V
弧电源正极接工件，弧光电子流射向工件，轰击加热工件
清洗工件，弧电源正极接坩埚周围的辅助阳极，工件接偏压负极200V，偏流10A，热丝弧发射的电子流射向辅助阳极过程中将氩气电离，氩离子轰击清洗工件
弧电源正极接坩埚，通入氮气，金属加热蒸发，氮气和钛原子电离，到达工件生成TiN
加热，清洗，镀膜过程中，不断调节电磁线圈电流改变电子旋转半径
电子流同蒸发出的金属原子相向运动，增加了碰撞概率，离化率40%
电子枪发射弧光电子流，完成工件加热，工件清洗和镀膜
热丝弧
热弧光放电离子镀
每个小弧源配一个引弧针和一个弧电源，两极间施加很高电压也很难自然发生击穿放电，必须设置引燃装置
引燃后，靶面产生正离子堆积，形成等离子体鞘层，等效阳极同靶面场强达10E6 - 10E8V/cm，场强大于靶材电子逸出功造成击穿，靶面发射大量电子流，正离子进入阴极，击穿点面积只有10E-6 - 10E-4mm²
放电电流100A，电流密度达10E6 - 10E8A/平方毫米，微弧能量密度达（1-3）*10E5W/mm²，击穿点加热蒸发，既有金属蒸汽也有10微米熔滴
小弧源连接弧电源负极，空载电压70-120v，放电电压18-28v，弧电流80-300A
击穿点高密度的电子和离子复合，形成刺眼的光芒，称为弧斑
引弧装置引燃弧光放电，形成初始等离子体鞘层，引弧电路切断，弧电源维持阴极电弧源和镀膜室间的稳定放电，电弧弧斑在靶面上迅速移动，从弧斑处蒸发出膜层材料，工件上沉积形成膜层。引弧方式有电磁牵引机械引弧，气动引弧，激光引弧，高压脉冲引弧。
凸起处正离子堆积层和阴极距离近，电场强度大，凸点处发生击穿，产生冷场致电子流，融化区域形成融池，电场强度降低，场致发射停止，在另一凸起点产生冷场致电弧
带电粒子能量在10-100eV，离化率达60%-90%
轰击清洗 通入氩气真空度为2*10E-2pa，开启脉冲偏压电源，占空比20%，工件偏压800-1000V，开启弧电源后产生冷场致弧光放电，钛离子和氩离子在在负偏压作用下高速射向工件，轰击清洗1min
钛底层 为提高结合力，镀钛底层，真空度调至5*10E-2 - 3*10E-1pa，偏压400-500V，占空比40-50%，逐个引燃小弧源，偏压降低，溅射作用小于沉积作用
镀氮化碳 真空度3*10E-1 - 5pa，偏压100-200V，占空比70-80%，通入氮气沉积氮化碳
永磁场控制弧斑运动
电磁场加速弧斑运动
电磁偏转型磁过滤阴极电弧源
厚度降低，20mm，水冷效果好
技术发展
小弧源
背后装有电磁线圈，连续改变磁场电流可使弧斑在靶面上连续扫描
弧电流100-300A，弧电压为20-30V，只需配一个引弧针和弧电源
厚度15-20mm，冷却水快速带走靶面热量
Hauzer采用热丝弧枪发射弧光电子流，对工件进行清洗
矩形平面大弧源
旋磁型柱状
旋靶管型
外装电磁线圈型
柱状阴极电弧源
必须使用引弧装置
磁场设置，如无磁场，产生自由弧，弧斑粗大，膜层中大熔滴
靶面周围阴极必须屏蔽，避免侧边和绝缘件接触的地方产生弧光放电，产生的热量使绝缘件融化，或由于绝缘件表面镀上金属，造成击穿，会使电弧在某一点连续燃烧，甚至融化烧穿，使镀膜不能进行。
屏蔽罩和靶材间间隙小于1.2mm，且间隙均匀，否则在大间隙处出现窜弧，间隙深度不小于10mm
特殊要求
大熔滴
离化率60%-90%，容易获得氮化碳等化合物膜层
离化率高，偏压作用下，沉积速度快
便于镀多层膜
生产率高 固态蒸发源，便于靶材布置
特点
500摄氏度左右，不适合低回火温度的工件
膜层内应力大，沉积厚膜困难
膜层组织粗，有大熔滴
直流偏压电源灭弧速度慢
直流偏压缺点
通电时间占脉冲周期的比例-占空比
主弧轰击清洗阶段 800-1000v，占空比20%，用高能量钛离子轰击清洗工件，即便工件上有造成打弧的污染物，也不产生连续打弧
轰击加热阶段 偏压400-500v，占空比40%，用较低能量钛离子轰击加热，缓慢实现均匀加热，调整占空比，适应低回火温度工件
镀膜阶段 偏压150-200v，占空比80%，通入氮气，真空度3*10E-1，大熔滴减少，间断接受离子轰击，松弛膜层生长过程中的应力
脉冲偏压
脉冲偏压电源应用
阴极电弧离子镀 冷场致弧光放电
蒸发型
靶材靶电源负极，工件接靶电源正极
真空度抽至6*10E-3pa，充入氩气，真空度保持10pa，接通靶电源，靶面辉光放电，氩气被电离
氩离子轰击靶材，克服范德瓦尔斯力将靶材原子溅射下来传输到工件
电流密度低，1mA/cm²，溅射速率低1-40nm/min
二级型溅射镀膜
三级溅射 在二级溅射基础上，增加热阴极和加速阳极，增加电子流，提高离化效率
四级溅射 镀膜室外加电磁线圈，使电子做螺旋线运动，提高放电电流
射频溅射 克服靶中毒和阳极消失，溅射绝缘膜
轰击清洗工件 镀膜室充入氩气，放电电压1000v，接通电源产生辉光放电，氩离子清洗工件
镀氮化碳 靶电压400-500v，氩气通入量固定，控制真空度（3-8）*10E-1pa，氩离子轰击靶材溅射钛原子，工件接偏压电源负极，100-200v
通入氮气，钛原子和氮原子被电离，在偏压作用下，到达工件表面反应沉积氮化碳膜层
靶材后设置永磁体，磁力线由中间向两边，背后的磁极性被磁极靴短路
电子在磁场作用下做旋轮线运动
磁力线最高点的水平磁场分量最大，碰撞电离最激烈，靶面放电不均匀
没有磁场时，靶面布满辉光，但亮度低
靶材越薄，凹陷处的磁力线越容易穿过靶面，磁通量越大，电子密度越大，直流磁控溅射电源平面溅射靶材利用率30%左右
平面靶
旋磁型
靶材利用率80-90%
不容易靶中毒，靶面始终受到氩离子溅射刻蚀
柱状靶
比阴极电弧离子镀膜层细密，比空心阴极和热丝弧离子镀膜比，是大面积镀膜源，可以镀大零件，和真空蒸发镀比，膜层粒子能量大，膜基结合力好，组织细密无针孔
靶材利用率低，比阴极电弧离子镀结合力低
辉光放电中进行，离化率10-15%，难以沉积化合物膜层
镀绝缘膜时，容易产生靶中毒，出现打弧，阳极消失
平衡磁控溅射靶 远离靶面的地方磁场强度迅速降低，大于90mm靶基距时几乎镀不上膜
多靶间磁极性反向排列
增加电磁线圈
非平衡磁控溅射靶
磁控溅射
阴极溅射型
PEPVD Plasma Enhanced Physica Vapor Deposition
通入反应气体，真空度10-200pa
工件接直流电源负极，电压1500-1800v，工件表面产生辉光，电流密度2-4mA/cm²
反应气体分解，解离，电离，500℃温度下在工件上化合反应生成化合物涂层
高能电子使气体分子分解成原子，电子提供能量需高于分解能
分解的原子被高能电子激发离化
等离子体容易发生化合反应
降低形成化合物的温度
比普通热化学气相沉积沉积效率高，反应主要集中在阴极表面
可控制参数多
直流PECVD容易出现工件打弧，可采用脉冲电源同直流电源联合供电，脉冲电源高电压，低占空比，灭弧。直流电保持低电压，维持PECVD供电需求
直流辉光
直流脉冲
射频
微波
大气压辉光放电PECVD
弧光PECVD
PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
PEP Plasma Enhanced Polymerization
金色 TiN，ZrN
黑色 DLC，TiC，W-C
银色 CrN
非透明材料对可见光谱吸收特性产生的本征颜色
透明或轻微吸收薄膜材料的多重反射而产生的干涉颜色
装饰薄膜
二元氮化物 TiN高硬度，高强度，耐磨损，CrN高硬度，耐磨，摩擦因素低，ZrN
二元碳化物 TiC，WC熔点高，硬度高，耐磨，Cr3C2
碳氮化物 TiCN 硬度高，耐磨，不耐高温
三元氮化物 TiAlN涂层刀具比TiN寿命高一倍，CrAlN，Cr基涂层氧化性，耐腐蚀，抗黏结，韧性明显优于Ti基涂层
四元氮化物 TiAlCrN，起始氧化温度1000℃，寿命比TiAlN提高6-10倍。硬质涂层多元化可明显提高刀具切削寿命，尤其是高速，高温切削
硬质涂层
纳米多层， 两种以上材料以纳米级厚度排列而成的涂层结构，存在大量界面，可有效调整涂层中的错位和缺陷，增加材料韧性，阻碍裂纹扩展，获得更高硬度与弹性模量，制备方法多为磁控溅射，沉积速率低，容易控制层厚。
纳米复合
非本征
类金刚石
立方氮化硼
氮化碳
本征
超硬涂层
a-C:H 含氢DLC sp3杂化键含量低于70%，氢的摩尔分数20%-50%
ta-C 不含氢DLC sp3杂化键含量高于70%的四面体非晶碳基薄膜
sp3杂化键决定薄膜的力学性能，sp2杂化键决定光学电学性能
极低摩擦系数，低黏附性和优良耐磨性，降低了刀具在切削过程中由于摩擦产生的热量，使刀具寿命提高3-4倍
DLC 以sp3杂化键形式结合的碳原子结构为主的非晶碳基薄膜diamond like carbon
GLC 以sp2杂化键形式结合的碳原子结构为主的非晶碳基薄膜graphite like carbon
PLC 高含氢具有碳氢聚合物特征的类聚合物碳基polymer like carbon
碳基薄膜
应用
现代离子镀膜
离子镀膜
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