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本论文采用磁控溅射方法制备不同调制周期的AlN/Si3N4纳米多层膜和一系列不同Si含量的Zr-Si-N复合薄膜。研究了Si3N4非晶层在w-AlN晶体层上的晶化现象以及AlN/Si3N4纳米多层膜的生长结构、表面形貌和超硬效应;采用材料热力学和弹性力学计算了Si3N4层由晶态向非晶转变的临界厚度,探讨了AlN/Si3N4纳米多层膜出现超硬效应的机理;研究了Si含量对Zr-Si-N复合膜的微结构、高温抗氧化性能和力学性能的影响;并讨论了Zr-Si-N复合薄膜可能的致硬机理。研究结果表明:AlN/Si3N4纳米多层膜中Si3N4层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si3N4层的厚度。当AlN层厚度为4.0nm和Si3N4层厚度为0.4nm时,AlN和Si3N4层共格外延生长,多层膜形成穿过几个调制周期的柱状晶结构,产生硬度升高的超硬效应,最高硬度为37GPa,是由AlN和Si3N4膜通过混合法则计算值的1.4倍。随着Si3N4层厚的增加,Si3N4层逐步形成非晶并阻断了AlN/Si3N4多层膜的共格外延生长,多层膜的硬度迅速降低,超硬效应消失,而多层膜的表面粗糙度迅速减小,逐渐接近于Si3N4单层膜的表面粗糙度。当Si3N4层厚度小于0.7nm时,晶态的Si3N4层与w-AlN之间协调应力和弹性模量的差异是AlN/Si3N4纳米多层膜产生超硬效应的主要原因。Zr-Si-N复合薄膜在Si/Zr原子比为0.03时获得最大硬度和最大弹性模量,分别为37.8GPa和363GPa。若进一步增加Si含量,Zr-Si-N复合膜则向非晶态转化,其抗氧化温度显著提高,而薄膜的硬度和弹性模量却逐步降低。Si/Zr原子比为0.198时,Zr-Si-N复合膜在850℃出现裂纹失效,而在800℃仍具有良好的性能。固溶强化、模量差异致硬和交变应力场可能是Zr-Si-N复合膜出现超硬效应的主要原因。