在最先开始研究发展的薄膜中，大多是以单一元素Ti、Zr等组成的第一代薄膜，它们与N元素结合形成金属氮化物等，随着研究的不断深入，他们发现了TiN薄膜字强度硬度方面表现出色，而且有良好的耐磨性能，在工业生产的多个领域得到运用。而ZrN薄膜因为其强度硬度方面的不俗表现和较小的摩擦系数和磨损率，也让这种薄膜在全球刀具市场占有一席之地。随后，越来越多的研究人员在薄膜领域进行探索，也出现了越来越多的其他一种组元的薄膜；

随着时代的变迁，人们发现单一组元的薄膜已经越发不能适应工业生产的需求，于是，多个组成元素形成的薄膜的时代开始萌芽发展起来。这种多组元的复合薄膜，是在单一组元TiN、ZrN等薄膜上通过添加金属元素，来改善薄膜的综合性能，提高其强度、硬度等，以便适应更多极端工作环境的要求，维持企业生产经营。多层化趋势也在这个时候开始进入人们视野，在原有的单一薄膜与基座之间再涂上一层或一层以上，以期达到提高薄膜性能，改变其原有属性的效果。

多组元、多层化薄膜的蓬勃发展，也让研究人员的研究方向和重点慢慢向着多结构靠近，拥有超晶结构、纳米结构的薄膜也开始引起关注，这类薄膜因为微观结构的改变也赋予了薄膜更多的功能。如层梯度薄膜的特点是生产材料的互相交换的沉积，而纳米结构的薄膜则将其晶粒及其他微观组织研究进入纳米尺度范围。它们各具特色，满足人们在不同场合的不同需求；

进入21世纪，薄膜的发展趋势向着智能化、纳米化的方向继续前进，这种拥有自适应能力的智能薄膜最大的特点就是可以根据不同工作条件不同生产技术需求来不断调整自身的强度、硬度、抗氧化等能力，来符合工业生产的某些特殊的切削加工情况。如在高温、高速的工作条件下，可以让薄膜刀具上产生一些隔热、润滑的物质。

1.4纳米复合膜

1.4.1纳米复合膜的基本概念及分类

纳米复合膜是一种新型薄膜。它是通过两种或两种以上不同功能、性质的材料互相组合形成的。因此它兼具传统复合材料和现代纳米材料的优越之处，两者之间的组合既可以是晶态与晶态，也可以是晶态与非晶态。其粒子尺寸通常在几纳米到几十纳米的范围内[11]。因为限制了位错的产生和运动，所以纳米复合薄膜展现了高强度和高硬度。纳米复合膜目前普遍认同的有两大体系，其一是nc-MeN/a-AB类，这类复合膜主要由具有非晶结构的氮化物与一些过渡族金属组合形成，拥有超晶结构，所以在硬度上表现很优，S.Veprek等人[11]对其进行过大量研究。其二是nc-MeN/Me*类，由氮化物与一些软性金属复合形成，这类复合膜的晶粒不大，所以其硬度在软性金属元素的不断增加过程中有明显的先增后减的趋势，J.Musil等人[12]、S.Hyun等人[13]、A.Harald等人[14]都对这类体系的复合膜进行过深入的研究和探索。

1.4.2纳米复合膜的研究现状

纳米复合薄膜的高性能主要是因为其特有的表面积效应与小尺寸效应。最初，过渡金属元素的氮化物(如Ti、Zr、Cr等)，因为其优良的自身属性，受到了广泛的关注。并获得了制备纳米晶/非晶结构复合膜的有效方法。但是由于该复合膜中不能融合纳米晶相和非晶相，所以只有在特定的材料中才能获得。S.Veprek等[11]科学家得到了硬度为100GPa的nc-MeN/a-AB类薄膜[15]。随后，Liu等人[16]的模拟，M.Kong等人[17]的研究，L.Hultman等人[18]的体系研究，Kim等人[19]对Ti-Si-N膜的研究，也推动了复合薄膜的发展。捷克科学家J.Musil等人[19]成功制备了Zr-Ni-N复合膜，这种薄膜在特殊的条件中，硬度可达35GPa。