TiAlSiN作为新兴纳米复合涂层,具有高硬度、良好的耐磨抗疲劳和高膜基结合等性能,可提升工件工作效率和服役寿命。但其低韧性和有限的热传导性能限制了 TiAlSiN涂层的应用范围。本文采用闭合场非平衡高功率调制脉冲磁控溅射（Modulated pulsed power magnetron sputtering,MPPMS）技术,在平均功率为1 kW,氮气和氩气混合气体工作气压为0.5 Pa,氮气分压为25%条件下,在单晶Si（100）基底上,通过改变放电峰值功率24.8-56.8 kW和基底负偏压35-130 V,沉积了不同结构特征的高硬、增韧且低热导率的TiAlSiN纳米复合涂层。研究了 TiAlSiN涂层结构、断裂韧性和热导率的变化规律,分析了 TiAlSiN涂层强韧性能和热传导性能的变化机理,为TiAlSiN纳米复合涂层在工业应用上提供了理论依据和技术支撑。悬浮电位下放电峰值功率从24.8 kW升至56.8 kW,TiAlSiN涂层有着典型的nc-TiAlN/a-Si3N4纳米复合结构,涂层厚度从2.6 μm降至2.1 μm,晶粒尺寸从10 nm减至6 nm左右。峰值功率在24.8-35.2 kW之间时,涂层微观结构为Thornton区域结构模型中贯穿柱状晶Ⅰ区结构。44.6-56.8 kW之间时,涂层结构为致密无缺陷T区结构。采用等离子体模型计算MPPMS峰值功率升高下等离子体状态,溅射粒子密度增加40%,离化率从65%增至80%。这两者的增加提升了基底的轰击能Ebi和沉积粒子的迁移能力D,使涂层结构由贯穿柱状Ⅰ区结构向致密的T区结构转变。施加100 V负偏压,峰值功率从24.8 kW升至56.8 kW,TiAlSiN涂层厚度从2.3 μm降至1.8 μm,晶粒尺寸从18 nm减至5 nm左右,微观结构均为致密T区结构。施加偏压下随峰值功率升高,粒子轰击能从4.27 MJ/cm3增至7.23 MJ/cm3,高轰击能使涂层微观结构致密化。固定峰值功率56.8 kW,基底负偏压从35 V升至130 V,TiAlSiN涂层厚度从1.8 μm增至1.9 μm,晶粒尺寸从16 nm降至6 nm左右,微观结构均为致密无缺陷T区结构。固定峰值功率56.8 kW下溅射粒子离化率高达80%,随基负底偏压升高,离子轰击能从2.04升至9.82 MJ/cm3,使涂层呈致密无缺陷微观结构。采用纳米压痕技术检测TiAlSiN纳米复合涂层的纳米硬度（H）和纳米硬度与有效弹性模量比（H/E*）,在放电峰值功率24.8-56.8 kW和基底负偏压35-130 V下,涂层的H和H/E*分别为23.6-37.5 GPa和0.078-0.091,残余压应力σ为0.2-2.1 GPa。采用维氏压痕技术（Vickers Indentation）在载荷500 mN和1000 mN下对TiAlSiN涂层进行了韧性表征。悬浮电位下峰值功率为24.8-44.6 kW时,TiAlSiN涂层和Si基底有效弹性模量比Ef/Es<1.95,涂层压痕形貌为放射状裂纹（radial crack）,裂纹长度c从15.1 μm减至9.7 μm,断裂韧性KIC从0.96 MPa·m1/2增至1.77 MPa·m1/2;峰值功率为56.8 kW时,涂层的Ef/Es为2.02,压痕无裂纹,涂层KIC值更大超过了 1.77 MPa·m1/2,为高硬增韧纳米复合涂层。较悬浮电位下,施加100 V负偏压下升高峰值功率,TiAlSiN涂层硬度明显增加;峰值功率从35.2 kW升至56.8 kW,涂层的Ef/Es>2.27,压痕形貌为画框状裂纹（picture-frame crack）,裂纹总长度从15.2 μm增至36.2 μm,KIC从 1.94 MPa·m1/2降至0.96 MPa·m1/2;峰值功率为24.8 kW时,TiAlSiN涂层Ef/Es为2.11,压痕无裂纹,涂层KIC值更大,超过1.94 MPa·m1/2。固定峰值功率为56.8 kW下,基底负偏压从35 V升至130 V,涂层Ef/Es>2.30,压痕形貌均为画框状裂纹,裂纹总长度从28.2μm增至49.4 μm,KIC从1.64 MPa·ml1/2减至0.91 MPa·m1/2。Ef/Es影响了涂层压痕裂纹形貌:Ef/Es<2时涂层维氏压痕形貌为放射状裂纹,Ef/Es>2时压痕形貌为画框状裂纹,Ef/Es约为2时压痕无裂纹,表明涂层具有更高的断裂韧性及更大的增韧效果。采用瞬态热反射技术表征了 TiAlSiN纳米复合涂层的热导率,建立了热导率和涂层结构之间的关系。悬浮电位下放电峰值功率从24.8 kW升至56.8 kW,涂层热导率从9.1 W/mK降至4.8 W/mK。施加100 V负偏压下,放电峰值功率从24.8 kW升至56.8 kW,涂层热导率从6.2 W/mK降低到3.0 W/mK。固定放电峰值功率56.8 kW下,基底负偏压从35 V升至130 V时,涂层热导率从5.4 W/mK降低到2.1 W/mK。升高峰值功率和基底负偏压都可有效的降低涂层热导率。MPPMS制备的TiAlSiN涂层电阻率均比较高,范围在147-173 kΩ·m,涂层电子热导率在2.57-3.0×10-11 W/mK之间,电子热导率对于涂层热导率影响极小,声子导热才是主导涂层传热的关键因素。微观结构为Ⅰ区柱状晶贯穿结构时,声子容易沿贯穿柱状晶垂直传递导致热导率较高,致密T区结构则阻碍了声子传递。随涂层晶粒尺寸减小,晶粒间界面密度升高,增加了声子穿过涂层时的碰撞散射效应,可有效的降低TiAlSiN纳米复合涂层热导率。涂层微观结构致密化和晶粒尺寸细化是获得低热导率的关键因素。