王建鹏，李 伟 ，刘 平，马凤仓，刘新宽，陈小红，何代华

(1. 上海理工大学 机械工程学院，上海 200093；2. 上海理工大学 材料科学与工程学院，上海 200093)

纳米多层膜是由两种材料以纳米量级交替沉积形成的多层薄膜，因其在物理性能与力学性能的异常表现而得到了广泛的关注。尤其力学性能方面，一些调制周期小于100 nm的纳米多层膜，呈现出弹性模量与硬度异常升高的超模效应与超硬效应。近年来的研究发现，纳米多层膜出现超硬效应时存在着两层交替沉积生长的“模板效应”[1]。在这种效应下，两种不同晶体结构的组成层中的一层(调制层)会在另一层(模板层)的“模板效应”下转变成与其晶体结构相同的亚稳相，从而实现两调制层的共格生长。CHU 等[2−3]对TiN/NbN纳米多层膜的研究表明，虽然 TiN和 NbN单层膜的硬度值分别为23.5和31.0 GPa，但是在调制周期为5～9 nm内产生了超硬效应，最高硬度可达51 GPa。陈灵等[4]通过对 TiAlCrN/CrN 的研究，同样发现 TiAlCrN/CrN多层膜的显微硬度(18 GPa)高于TiAlCrN的显微硬度(13 GPa)。TiYN/VN纳米多层膜的硬度高达78 GPa，接近金刚石的硬度[5]。纳米多层膜的“模板效应”不仅体现在可以使两种不同结构的晶体调制层实现共格外延生长，而且还可以使非晶体在与晶体组成的纳米多层膜中实现晶体化。近年来的研究表明，SiC[6]、Si3N4[7]和 BN[8]等气相沉积态为非晶的化合物也可在厚度小于1 nm时在TiN、ZrN和AlN等晶体层的模板效应下实现非晶晶化，并与晶体模板层形成共格外延生长结构，从而使纳米多层膜产生超硬效应。

然而，在以往关于纳米多……