為滿足各技術(shù)領(lǐng)域的要求，硬質(zhì)薄膜業(yè)近年來得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。本文介紹了硬質(zhì)薄膜技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顩r,闡述了各技術(shù)的特點(diǎn)和代表廠商。首先對(duì)CVD及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行了簡(jiǎn)介，再對(duì)PVD技術(shù)在硬質(zhì)薄膜領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了詳述，最后對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了介紹和總結(jié)，同時(shí)本文對(duì)硬質(zhì)薄膜技術(shù)在我國(guó)未來的發(fā)展提出了展望。

　　近年來，伴隨著對(duì)材料表面力學(xué)、摩擦磨損、抗高溫氧化以及抗腐蝕性能的新要求，硬質(zhì)薄膜技術(shù)得到了飛速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、電子、冶金、汽車、航空航天等不同領(lǐng)域。雖然硬度值已經(jīng)不再是這類涂層的唯一指標(biāo)，但硬質(zhì)薄膜依然可以根據(jù)其維氏硬度（HV）的大小分為三類：HV<40GPa為一般硬質(zhì)薄膜；40GPa<HV<80GPa為超硬薄膜；HV>80GPa為極硬薄膜。

　　硬質(zhì)薄膜如TiAlN、MoS2-Ti等是為了提高材料的耐磨損、耐腐蝕和耐高溫等性能而施加在材料表面的覆蓋層，采用硬質(zhì)薄膜能顯著提高零部件的耐用性。從技術(shù)角度出發(fā)，厚度為幾個(gè)微米及以下的覆蓋層一般稱硬質(zhì)薄膜；幾十微米乃至更厚的覆蓋層一般稱為硬質(zhì)涂層。本文主要對(duì)硬質(zhì)薄膜制備技術(shù)（CVD 和PVD）的相關(guān)發(fā)展進(jìn)行介紹。

1、化學(xué)氣相沉積技術(shù)

　　化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition,CVD）是一種熱化學(xué)反應(yīng)過程，是在特定的溫度和經(jīng)過特別處理的基體（包括硬質(zhì)合金和工具鋼材質(zhì)）表面所進(jìn)行的氣態(tài)化學(xué)反應(yīng)。CVD技術(shù)常常通過反應(yīng)類型或者壓力來分類，包括低壓CVD(LPCVD)、常壓CVD(APCVD)、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD) 以及Hot- Filament CVD和Laser Induced CVD等。各方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)在真空技術(shù)網(wǎng)前文中都有詳細(xì)敘述，本文在此將不再贅述。CVD技術(shù)應(yīng)用于硬質(zhì)薄膜的制備是由瑞典的Sandvik 公司在上世紀(jì)60 年代末在硬質(zhì)合金刀具上實(shí)現(xiàn)突破的，之后便廣泛應(yīng)用于TiC、TiN 等硬質(zhì)薄膜的制備。近期開發(fā)的采用中溫CVD (MTCVD)方法獲得的TiCN 厚膜層，如文獻(xiàn)[6]中所述，其具有最佳的耐磨損性能，使用壽命能提高70%以上。

　　近年來CVD技術(shù)已經(jīng)取得了重要的技術(shù)進(jìn)展，尤其是MTCVD 技術(shù)的發(fā)展，如IonBond 的Bernex 離子加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）制膜設(shè)備，使得溫度低于200℃的情況下沉積極端光滑的無定形類金剛石（Amorphous Diamond- Like Carbon ，ADLC）薄膜成為了可能，ADLC 薄膜具有極低的摩擦系數(shù)、非電導(dǎo)性并且具有化學(xué)惰性，主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括發(fā)動(dòng)機(jī)部件和機(jī)械零件；由北京有色金屬研究院開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，利用射頻等離子體增強(qiáng)CVD技術(shù)制備磷化硼硬質(zhì)薄膜，該薄膜成分均勻、應(yīng)力小、與工件的附著力良好，具有硬度高、機(jī)械強(qiáng)度高及紅外光學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。

　　然而，CVD技術(shù)普遍存在著不易工業(yè)化放大的難題。該法一般使用揮發(fā)性過渡金屬鹵化物作為前驅(qū)體，這類物質(zhì)不但會(huì)污染環(huán)境，而且也腐蝕制膜設(shè)備的真空系統(tǒng)。前驅(qū)體性能不穩(wěn)定、制造困難且類別較少也限制了CVD方法的應(yīng)用。此外，大多數(shù)CVD技術(shù)工藝溫度較高，容易導(dǎo)致基體力學(xué)性能降低及零件變形。由于CVD技術(shù)存在著上述不足，硬質(zhì)薄膜的另一類制備方法物理氣相沉積技術(shù)越來越受到青睞。

2、物理氣相沉積技術(shù)

　　物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition,PVD）是利用某種真空物理過程，例如蒸發(fā)或者濺射實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，即原子或分子由源轉(zhuǎn)移到基體表面上，并沉積成薄膜。它是一種能真正獲得納米至微米級(jí)薄膜且無污染的環(huán)保型表面處理方法，在不影響基體尺寸的情況下，提高表面強(qiáng)度、增強(qiáng)耐腐性和摩擦磨損等性能。自從20世紀(jì)80 年代以來PVD 技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于薄膜業(yè)，隨著PVD 技術(shù)的發(fā)展和機(jī)械加工行業(yè)對(duì)硬質(zhì)薄膜的新要求，當(dāng)前世界上主要的硬質(zhì)薄膜設(shè)備制造商都采用陰極電弧技術(shù)和磁控濺射技術(shù)制備各種硬質(zhì)薄膜。

2.1、陰極電弧技術(shù)

　　陰極電弧技術(shù)利用真空環(huán)境下的弧光放電，使固體陰極靶材蒸發(fā)、離化并通過等離子體的強(qiáng)化作用，飛向陽(yáng)極基體表面沉積成膜。陰極電弧是一種典型的高電流（可高達(dá)數(shù)百安培）電弧，電弧以等離子體的形式來傳輸陰極材料，而且離子電流約占弧電流的10%左右。正因?yàn)槿绱耍�陰極電弧技術(shù)具有極高的沉積速率。被離化的靶材粒子以60至100eV平均能量濺射出來形成高度激發(fā)的離子束，在含有惰性氣體或反應(yīng)氣體的真空環(huán)境下沉積在基體表面，具有高能量的離子束對(duì)于提高膜基結(jié)合力和打亂膜的柱狀晶結(jié)構(gòu)是非常有利的，從而也可大幅度改善膜的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。然而，由于陰極電弧蒸發(fā)的過程非常激烈，與濺射過程較為平和的磁控濺射相比，陰極電弧蒸發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)生較多的有害顆粒，這限制了陰極電弧技術(shù)在需要優(yōu)質(zhì)表面場(chǎng)合的應(yīng)用。

　　目前，各薄膜設(shè)備制造商通過對(duì)成膜原理和工藝的研究采用各種不同的措施來減少“液滴”的產(chǎn)生：采用獨(dú)特的弧源來滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要并取得了一定的成效，如Aksenov 及其合作者設(shè)計(jì)的90°彎管式磁過濾器；通過控制反應(yīng)氣體的壓力變化和利用脈沖放電限制陰極斑點(diǎn)的壽命等措施，可以容易制備目前廣泛應(yīng)用的TiN、CrN、TiCN、CrTiAlN 和DLC等硬質(zhì)膜。瑞士Balzers 公司是世界上規(guī)模最大的刀具薄膜制備公司，以其熱弧技術(shù)聞名于世，其在利用原有熱弧技術(shù)的基礎(chǔ)上將磁控濺射和電弧技術(shù)結(jié)合在一起，開發(fā)的BAI1200、RCS 等PVD設(shè)備采用陰極電弧技術(shù)為主,也可附加磁控濺射源沉積WC/ C 膜。BAI1200、RCS 采用了圓形平面陰極源技術(shù)和輻射加熱技術(shù),可進(jìn)行快速鍍膜生產(chǎn)。Balzers 在08 年開發(fā)的BALINIT ARCTIC 工藝，在200℃的沉積溫度下可以制備目前三種人們熟知的高性能氮涂層TiN、CrN 和TiAlN。利用該工藝制備的TiAlN 可增強(qiáng)加工工具切削刃的穩(wěn)定性，其卓越的耐熱性和耐化學(xué)性改進(jìn)了高應(yīng)力元件的性能，并使干切削加工成為可能，涂層的高硬度使其具有優(yōu)異的耐磨損性和耐腐蝕性。下圖為利用上述工藝與傳統(tǒng)TiAlN 工藝鍍制的φ6.8 mm 鉆頭在連續(xù)加工材料為45# 鋼工件時(shí)的磨損壽命試驗(yàn)曲線。