基于目前对纳米多层膜超硬效应的认识,该文从界面的微结构类型、晶格错配度和弹性模量的差异等三方面的考虑,设计并制备了五种陶瓷纳米多层膜,采用XRD、SEM、EDX、TEM和HRTEM等技术系统地研究了调制结构、晶格参数和微结构等与薄膜超硬效应之间的关系.论文从实验研究和理论计算等两个方面对纳米多层膜的超硬效应进行了研究,研究结果如下:1.对磁控反应溅射制备的TaN、NbN和TiN单层膜进行了微结构与力学性质的研究,为设计与制备多层膜提供了依据;2.在单层膜的研究基础上,设计并制备了NbN/TiN、TaN/TiN和TaWN/TiN等三种超晶格薄膜,研究了它们的微结构特征,并通过实验研究对比了晶格错配度和弹性模量差异对纳米多层膜硬度异常升高的作用;3.设计并制备了具有异构共格的NbN/TaN纳米多层膜,首次报道在该纳米多层膜中存在超硬效应;4.设计并制备了含有非非层的Si<,3>N<,4>/TiN纳米多层膜,研究了调制比对超硬效应的影响,首次发现了在非晶/多晶的Si<,3>N<,4>/TiN纳米多层膜中也可以产生超硬效应;5.论文选择相同晶体结构的外延生长纳米多层膜为研究对象,首次建立了纳米多层膜一维交换应力场的模型,分析了交变应力场对多层膜中不同位错组态的作用;6.论文讨论了采用Hall-Petch公式拟合纳米多层膜硬度下降曲线的合理性.