1.2.2薄膜的制备

薄膜的制成是薄膜在基片上的生长产生的。薄膜生长的过程是粒子在基片上凝结成核，扩散长大形成连续膜的过程[3]。

薄膜的制备方法有很多种，不同的沉积方法也会对薄膜的结构和性能会产生不同的影响。表面涂层技术[4]起源于十九世纪八十年代，是一种运用一些科学方法在材料表面涂上一层拥有特殊功能的材料来改变材料整体的属性，从而达到了各种技术及服役环境对材料的特殊要求[4]。传统的表面涂层制备技术有喷涂、电镀等。而现代表面技术主要包括真空技术的应用：液态介质沉积、气相沉积技术(PVD和CVD)等。还有就是电化学制备薄膜也在研究与反发展之中。目前，气相沉积技术被较为广泛地使用着。

化学气相沉积(CVD)技术可以通过对薄膜成分的有效控制获得理想的化学配比，而且其沉积速率较快，成本不高，膜不易脱落，所以适合于工业的生产。但是化学气相沉积也有一定得局限性，因为它是由气体的化学反应实现的[5]，对反应物与生成物都有要求，同时，该工艺所要求的温度也比较高，操作比较困难。而物理气相沉积(PVD)工艺温度相对不高，并且对反应物没有限制，只发生物相的变化，比化学气相沉积法具有更多的优势。对于类似课题的研究，实验多采用的是物理气相沉积的一种技术：磁控溅射。磁控溅射法是在上世纪70年代发展起来的一种新的制备方法。它通过磁场与电场的交互作用，实现入射粒子与靶材的相互碰撞，从而把靶材溅射出来实现镀膜的过程。磁控溅射技术已经成为真空镀膜技术中最为广泛的应用之一。

1.2.3致硬机理

随着研究的深入进行，纳米复合薄膜的致硬机理也逐渐被了解与认识。近些年来，研究学者对纳米多层膜界面的微结构以及超硬效应进行了不断研究，研究表明：纳米多层膜的硬化主要机制和位错的运动有关。目前大家比较认可的有，固溶强化，细晶强化，界面复合效应，以及共格协调应变效应理论。

(1)固溶强化效应，

纳米晶复合膜在形成膜时，在原有的材料中加入其他物质，使得该物质的原子融入原有材料的晶体结构的间隙中，形成间隙固溶体。也可以置换原材料晶体结构中的原子，形成置换固溶体。由于原子大小的差异，这些添加的物质原子在融入新的晶体后，会影响原有的点阵结构，会导致材料内部产生晶格畸变，从而阻碍位错的运动。。

(2)细晶强化效应

细晶强化是指材料在遭受外力的作用时，会产生塑性变形。塑性变形导致材料的内部晶体结构缺陷处产生位错。位错在力的作用下移动，由于晶粒间的不共格以及晶界的存在，会导致位错无法穿越晶界。所以大量的位错会聚集在晶界附近，引起应力集中。当集中的应力足够大时，就会带动相邻的晶粒产生位错，由此传递，产生的塑性变形。当晶粒尺寸变小时，单位体积内的晶界由此增多，由于晶界对位错的阻碍作用，所以位错的运动会变得更加困难，宏观上增大了材料的强度和硬度。

(3)界面复合效应

Veprek等人在基于超硬多层膜的超硬现象以及致硬机理的研究中发现了提出了界面复合效应理论。界面复合效应理论指出，薄膜材料中如果存在着非晶相，非晶相会分割主体晶相，这会使得形成三维网状结构的非晶包覆纳米微晶结构。这种结构使得位错很难在纳米晶体的内部来形成。即使有位错的形成，也很难在晶体中扩展。薄膜的硬度和强度就会大大提升。[6]

(4)共格协调应变效应

共格协调应变效应理论提出，复合膜一定临界厚度中的非晶相在纳米晶复合膜中可以被晶化，并且与复合膜中的主要结构相产生共格界面或者在复合膜中产生部分连续未经结构协调界面。这样在薄膜中会产生交替的应力场，使得晶格发生畸变，从而增大位错运动的阻力。宏观也就会上导致膜的强度与硬度的增大。