72xj****表面工程技術發展前沿概述(下)
xj****表面工程技術發展前沿概述(下)
6 xj****表面工程技術的發展前沿
6.1 離子鍍高性能耐磨涂層
作為離子鍍高性能耐磨涂層的一種類型，TiN系多層硬質膜正在向納米多層膜發展，其中包括TiN／Ti(C，N)納米多層膜；TiN／(Ti，A1)N納米多層膜，TiN／CrN納米多層膜，Ti／TiN納米多層膜，Ti／Ti(C，N)納米多層膜Ti／(Ti，Al)N納米多層膜，Ti／CrN納米多層膜。另一種類型是碳系硬質膜及其復合涂層，包括DLC(或ta—C)膜、CNx膜、碳系多層復合涂層。第三種類型則是TiN系膜與碳系硬質膜的雜化復合涂層。在涂層材料改進的同時，涂層制備工藝也取得了進展，其中較為突出的是，脈沖偏壓在AlP上的采用，導致了PBAIP過程的遠離平衡態特性，有利于提高涂層結合強度，降低內應力。但是，這方面的深入研究還有待今后的繼續。
6.2 燃氣輪機葉片xj****防護涂層
防護涂層是現代燃氣輪機必不可少的組成部分。現代燃氣輪機效率取決于其工作溫度，由于高溫合金的使用溫度已接近其使用溫度極限，采用抗熱腐蝕、熱障涂層已成為提高燃氣輪機工作溫度的關鍵性措施，是否采用防護涂層，所用防護涂層的水平如何，也就成為評價現代燃氣輪機設計水平的重要判據之一。熱障涂層是當前的中心問題。它由粘結底層(通常為MCrAlY)和隔熱表層(通常為ZrO2)構成。熱障層與底層的組成、結構和工藝，目前還在不斷改進和更新換代中。根據zg****的現實情況，MCrAlY既用作熱障涂層的粘結底層，但目前在zg****更多是單獨用作抗熱腐蝕涂層。在制備工藝方面，近年來PBAIP已在提高MCrAlY系涂層性能水平、提高產品合格率上取得了明顯的效果，但仍未能改變國內外長期形成的真空(低壓)等離子噴涂(APS或LPPS)、電子束物理氣相沉積(EB-PVD)、AlP、PBAIP等多種工藝并用，人力和資金分散濫用和浪費的整體格局。這個問題只有對工藝和產品使役性能進行系統全面的對比研究和對比生產，才可能得到解決。
6.3 特種薄膜材料的合成
雖然金剛石的優異特性決定其應用前景廣闊，對于產業界很具吸引力，但經過了80～90年代的長期努力，但是氣相生長金剛石始終未能實現真正的產業化，其主要問題在于一直未能兼顧產品質量高、生產速率高和生產成本低的產業化基本要求。然而，原來并不被人們看好的類金剛石(DLC)膜，卻因為人們在其氫含量、sp3鍵含量以及與薄膜性能關系等三方面進行了系統深入的研究，揭示了新苗頭。目前，人們正在集中精力于四方非晶碳(ta—Carbon)膜的研究，并有可能在不遠的將來，在力學性能、功能特性、產業化等方面都取得新突破。
立方氮化硼(c—BN)膜的優異特性與金剛石膜相近，加上還具有優異的耐腐蝕特性，其吸引力不遜于金剛石膜。盡管如此，其產業化還是長期未能成功。據了解，存在的主要問題是產物中的非c—BN成分含量過高，且難去除。六方氮化硼(h—BN)也是一種性能******的材料，雖然早已能夠小批量生產，但其成本一直居高不下，影響了其廣泛應用。
SiC膜具有******的高溫電子學性能，90年代以來，SiC膜在硅片上的外延已成功，并實現了小批量生產，但價格十分昂貴，影響了其廣泛應用。GaN在研究中已顯示了性能上的******性，但價格昂貴和毒性始終是其擴大應用的障礙。AlN的禁帶寬度高達6.2 eV，是******的絕緣材料。通過摻雜及其它途徑，可適當降低禁帶寬度，便于制作器件，有很大的應用潛力，但目前尚未得到足夠的重視。
6.4 微／納信息功能薄膜、器件和線路
納米多層信息功能膜、器件和線路是當前發展***迅速的前沿領域之一，其應用面十分廣闊，包括處理器、顯示器、存儲器、傳感器、線路板等。與此同時，它又是問題和困難***多的領域之一。首先，是薄膜材料和沉積技術。除前面已提及的化合物薄膜外，近年來在低介電常數膜、高介電常數膜、低比輻射率膜、太陽光譜高比輻射率膜、光伏膜、存儲膜、透明導電膜、敏感膜、發光膜等方面均取得了進展。MFMS在氧化物薄膜上取得了******的效果。其次，是圖形刻蝕技術、驅動電路、驅動軟件、封裝越來越普及。第三，微器件應用逐漸超越了信息領域范圍。
6.5 遠離平衡態鍍膜技術
以上四個領域都在某些問題上急需要遠離平衡態工藝，目前，可作為侯選者的技術有PLD、PBAIP、RFCVD、MFMS，均有可能成為一定范圍內適用的技術。遠離平衡態是這類工藝的共同的熱力學特征。其優點是高的能量密度與低的總和功耗、低的沉積溫度、低的內應力、******的界面結合、有利于提高成品率，減少浪費。這個問題只有通過大量的工藝涂層性能以及涂層損毀機理研究才能夠得到解決。
7 結束語
在近年來xj****表面工程技術發展中，采用遠離平衡態鍍膜技術、等離子體技術、激光技術、納米技術等均取得了******的應用效果，也證明了基礎研究對于推動前沿和高技術領域發展的重要性。xj****表面工程技術的應用面越來越廣，從人民生活到國民經濟，從高新技術到傳統產業，促進了節能、節材、降低成本、環保化、生態化、小型化、微型化、輕量化、便攜化。用xj****表面工程技術，迅速大量形成了規模化的高新技術產業，對經濟起了巨大的推動作用。重視基礎研究，加強服務觀點，勤奮、求實、虛心、自信、堅持不懈，是xj****表面工程持續發展和成功之道。
參考文獻：
[1] Wen L S and Huang R F，Some fundamental problems of pulse biased arc ion plating[C]．invited paper at AEPSE’2003，to be published in Proceedings，2003,accepted by Surt Coat Technd．2004．
[2] Liu C S，Wang D Z，Monte Carlo simulation of ions inside a cylindrical bore for plasma source ion implantation[J]．J．Appl．Phys．，2002，91(1)：32-5．
[3] Liu C s and Wang D Z，Time-space evolution of the sheath near the end of a hollow cylindrical tube in a plasma ion implantation process[J]．Acta Physica Sinica，2003，52(1)：109-114．
[4] Liu C S，Wang D Z，Ion dynamics of pulsed plasma source ion implantation in the sheath of a hemispherical bowl-shaped target[J]．Surf．Coat．Techn01．，2003(171)：119—123．
[5] Liu D Y，Wang D Z，Liu J Y．Dynamics and suspension of dust particles in cathode sheath of DC glow discharge[J]．Acta Physica Sinica，2000(49)．
[6] Wang D z，Wang X G，Spatial distributions of trapped microparticles in a plasma sheath[J]．J．Appl．Phys．，2001，89(7)：3602-3605．
[7] Lin G Q，Ding Z F，Qi D，Wang N H，Dong C，Huang R F。Wen L S．Plasma load characteristics 0f pulsed-bias arc ion plating[J]．accepted by J．Vac．Sci．Techn01．