氮化物陶瓷薄膜具有较高的硬度并已应用于刀具涂层,而由两种氮化物组成的纳米多层膜更是因其超硬效应引起研究者的广泛重视,但是氮化物多层膜的抗氧化性能尚嫌不足.相比之下,氧化物陶瓷薄膜具有优良的高温抗氧化性,但其硬度不够高.1996年Sproul在SCIENCE上提出交替沉积氧化物纳米多层膜的方法,期望获得兼有高硬度和高抗氧化能力纳米多层膜以满足切削技术进步对刀具涂层提出的要求.遗憾的是,迄今为止,尚未见到成功制备此类薄膜材料的报道.分析认为,氧化物在溅射条件下常以非晶态存在是导致氧化物多层膜硬度增量缺失的主要原因.即使个别氧化物组合能够以晶态存在,但其模量差异不够明显,因此也不能满足产生超硬效应的条件.由于溅射条件下以晶态存在且存在较大模量差异的氧化物组合相对较少,因此采用含氧化物纳米多层膜的材料体系设计有望成为一条有效的替代途径.本论文对纳米多层膜产生超硬效应所必须满足的性能和微结构要求以及氧化物薄膜的特征进行了分析,在对TiN/TiB<,2>纳米多层膜中非晶晶化现象进行研究的基础上,提出了一条采用晶化的氮化物或硼化物与氧化物组成纳米多层膜体系,通过改变多层膜的调制比使非晶氧化物层在晶体模板层作用下产生晶化,进而获得共格外延生长的高硬度含氧化物纳米多层膜的技术路线.按照这一技术路线,论文对氧化物在多层膜中晶化并与模板层形成共格外延生长的因素和条件进行了深入研究,成功制备出了具有超硬效应的TiN/SiO<,2>、TiB<,2>/SiO<,2>和TiN/Al<,2>O<,3>等含氧化物纳米多层膜.借助于XRD、SEM、EDX、HRTEM和微力学探针等技术手段,系统地表征了具有不同非晶调制层厚(最小厚度低于0.4nm)的纳米多层膜的生长结构和界面特征,对模板作用下产生的非晶晶化现象进行了讨论;研究了非晶晶化以及由此产生的微结构变化对多层膜力学性能的影响,并在此基础上讨论了制备超硬含氧化物纳米多层膜的技术路线.本论文提出的从非晶晶化出发制备具有超硬效应含氧化物纳米多层膜的技术路线,以及这一技术路线在多个材料体系中获得成功应用的研究结果,国内外尚无报道.