xj****表面工程技術(shù)發(fā)展前沿概述(下) 

6 xj****表面工程技術(shù)的發(fā)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(zhì)膜正在向納米多層膜發(fā)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(zhì)膜及其復(fù)合涂層，包括DLC(或ta—C)膜、CNx膜、碳系多層復(fù)合涂層。第三種類型則是TiN系膜與碳系硬質(zhì)膜的雜化復(fù)合涂層。在涂層材料改進(jìn)的同時(shí)，涂層制備工藝也取得了進(jìn)展，其中較為突出的是，脈沖偏壓在AlP上的采用，導(dǎo)致了PBAIP過程的遠(yuǎn)離平衡態(tài)特性，有利于提高涂層結(jié)合強(qiáng)度，降低內(nèi)應(yīng)力。但是，這方面的深入研究還有待今后的繼續(xù)。

6.2 燃?xì)廨啓C(jī)葉片xj****防護(hù)涂層

    防護(hù)涂層是現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)必不可少的組成部分?，F(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)工作溫度的關(guān)鍵性措施，是否采用防護(hù)涂層，所用防護(hù)涂層的水平如何，也就成為評(píng)價(jià)現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)水平的重要判據(jù)之一。熱障涂層是當(dāng)前的中心問題。它由粘結(jié)底層(通常為MCrAlY)和隔熱表層(通常為ZrO2)構(gòu)成。熱障層與底層的組成、結(jié)構(gòu)和工藝，目前還在不斷改進(jìn)和更新?lián)Q代中。根據(jù)中國的現(xiàn)實(shí)情況，MCrAlY既用作熱障涂層的粘結(jié)底層，但目前在中國更多是單獨(dú)用作抗熱腐蝕涂層。在制備工藝方面，近年來PBAIP已在提高M(jìn)CrAlY系涂層性能水平、提高產(chǎn)品合格率上取得了明顯的效果，但仍未能改變國內(nèi)外長(zhǎng)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(fèi)的整體格局。這個(gè)問題只有對(duì)工藝和產(chǎn)品使役性能進(jìn)行系統(tǒng)全面的對(duì)比研究和對(duì)比生產(chǎn)，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(yōu)異特性決定其應(yīng)用前景廣闊，對(duì)于產(chǎn)業(yè)界很具吸引力，但經(jīng)過了80～90年代的長(zhǎng)期努力，但是氣相生長(zhǎng)金剛石始終未能實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化，其主要問題在于一直未能兼顧產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)速率高和生產(chǎn)成本低的產(chǎn)業(yè)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?yàn)槿藗冊(cè)谄錃浜?、sp3鍵含量以及與薄膜性能關(guān)系等三方面進(jìn)行了系統(tǒng)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(yuǎn)的將來，在力學(xué)性能、功能特性、產(chǎn)業(yè)化等方面都取得新突破。

    立方氮化硼(c—BN)膜的優(yōu)異特性與金剛石膜相近，加上還具有優(yōu)異的耐腐蝕特性，其吸引力不遜于金剛石膜。盡管如此，其產(chǎn)業(yè)化還是長(zhǎng)期未能成功。據(jù)了解，存在的主要問題是產(chǎn)物中的非c—BN成分含量過高，且難去除。六方氮化硼(h—BN)也是一種性能優(yōu)越的材料，雖然早已能夠小批量生產(chǎn)，但其成本一直居高不下，影響了其廣泛應(yīng)用。

    SiC膜具有優(yōu)越的高溫電子學(xué)性能，90年代以來，SiC膜在硅片上的外延已成功，并實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，但價(jià)格十分昂貴，影響了其廣泛應(yīng)用。GaN在研究中已顯示了性能上的優(yōu)越性，但價(jià)格昂貴和毒性始終是其擴(kuò)大應(yīng)用的障礙。AlN的禁帶寬度高達(dá)6.2 eV，是良好的絕緣材料。通過摻雜及其它途徑，可適當(dāng)降低禁帶寬度，便于制作器件，有很大的應(yīng)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(dāng)前發(fā)展***迅速的前沿領(lǐng)域之一，其應(yīng)用面十分廣闊，包括處理器、顯示器、存儲(chǔ)器、傳感器、線路板等。與此同時(shí)，它又是問題和困難***多的領(lǐng)域之一。首先，是薄膜材料和沉積技術(shù)。除前面已提及的化合物薄膜外，近年來在低介電常數(shù)膜、高介電常數(shù)膜、低比輻射率膜、太陽光譜高比輻射率膜、光伏膜、存儲(chǔ)膜、透明導(dǎo)電膜、敏感膜、發(fā)光膜等方面均取得了進(jìn)展。MFMS在氧化物薄膜上取得了良好的效果。其次，是圖形刻蝕技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)軟件、封裝越來越普及。第三，微器件應(yīng)用逐漸超越了信息領(lǐng)域范圍。

6.5 遠(yuǎn)離平衡態(tài)鍍膜技術(shù)

    以上四個(gè)領(lǐng)域都在某些問題上急需要遠(yuǎn)離平衡態(tài)工藝，目前，可作為侯選者的技術(shù)有PLD、PBAIP、RFCVD、MFMS，均有可能成為一定范圍內(nèi)適用的技術(shù)。遠(yuǎn)離平衡態(tài)是這類工藝的共同的熱力學(xué)特征。其優(yōu)點(diǎn)是高的能量密度與低的總和功耗、低的沉積溫度、低的內(nèi)應(yīng)力、良好的界面結(jié)合、有利于提高成品率，減少浪費(fèi)。這個(gè)問題只有通過大量的工藝涂層性能以及涂層損毀機(jī)理研究才能夠得到解決。

7 結(jié)束語

    在近年來xj****表面工程技術(shù)發(fā)展中，采用遠(yuǎn)離平衡態(tài)鍍膜技術(shù)、等離子體技術(shù)、激光技術(shù)、納米技術(shù)等均取得了良好的應(yīng)用效果，也證明了基礎(chǔ)研究對(duì)于推動(dòng)前沿和高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的重要性。xj****表面工程技術(shù)的應(yīng)用面越來越廣，從人民生活到國民經(jīng)濟(jì)，從高新技術(shù)到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)了節(jié)能、節(jié)材、降低成本、環(huán)?；?、生態(tài)化、小型化、微型化、輕量化、便攜化。用xj****表面工程技術(shù)，迅速大量形成了規(guī)?；母咝录夹g(shù)產(chǎn)業(yè)，對(duì)經(jīng)濟(jì)起了巨大的推動(dòng)作用。重視基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)服務(wù)觀點(diǎn)，勤奮、求實(shí)、虛心、自信、堅(jiān)持不懈，是xj****表面工程持續(xù)發(fā)展和成功之道。

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