為滿足各技術領域的要求，硬質薄膜業近年來得到了廣泛的發展和應用。本文介紹了硬質薄膜技術的最新發展狀況,闡述了各技術的特點和代表廠商。首先對CVD及其相關技術的發展情況進行了簡介，再對PVD技術在硬質薄膜領域的應用進行了詳述，最后對國內相關產業的發展進行了介紹和總結，同時本文對硬質薄膜技術在我國未來的發展提出了展望。

　　近年來，伴隨著對材料表面力學、摩擦磨損、抗高溫氧化以及抗腐蝕性能的新要求，硬質薄膜技術得到了飛速發展，并被廣泛應用在機械、電子、冶金、汽車、航空航天等不同領域。雖然硬度值已經不再是這類涂層的唯一指標，但硬質薄膜依然可以根據其維氏硬度（HV）的大小分為三類：HV<40GPa為一般硬質薄膜；40GPa<HV<80GPa為超硬薄膜；HV>80GPa為極硬薄膜。

　　硬質薄膜如TiAlN、MoS2-Ti等是為了提高材料的耐磨損、耐腐蝕和耐高溫等性能而施加在材料表面的覆蓋層，采用硬質薄膜能顯著提高零部件的耐用性。從技術角度出發，厚度為幾個微米及以下的覆蓋層一般稱硬質薄膜；幾十微米乃至更厚的覆蓋層一般稱為硬質涂層。本文主要對硬質薄膜制備技術（CVD 和PVD）的相關發展進行介紹。

1、化學氣相沉積技術

　　化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition,CVD）是一種熱化學反應過程，是在特定的溫度和經過特別處理的基體（包括硬質合金和工具鋼材質）表面所進行的氣態化學反應。CVD技術常常通過反應類型或者壓力來分類，包括低壓CVD(LPCVD)、常壓CVD(APCVD)、等離子體增強CVD(PECVD) 以及Hot- Filament CVD和Laser Induced CVD等。各方法的原理及優缺點在真空技術網前文中都有詳細敘述，本文在此將不再贅述。CVD技術應用于硬質薄膜的制備是由瑞典的Sandvik 公司在上世紀60 年代末在硬質合金刀具上實現突破的，之后便廣泛應用于TiC、TiN 等硬質薄膜的制備。近期開發的采用中溫CVD (MTCVD)方法獲得的TiCN 厚膜層，如文獻[6]中所述，其具有最佳的耐磨損性能，使用壽命能提高70%以上。

　　近年來CVD技術已經取得了重要的技術進展，尤其是MTCVD 技術的發展，如IonBond 的Bernex 離子加強化學氣相沉積（PECVD）制膜設備，使得溫度低于200℃的情況下沉積極端光滑的無定形類金剛石（Amorphous Diamond- Like Carbon ，ADLC）薄膜成為了可能，ADLC 薄膜具有極低的摩擦系數、非電導性并且具有化學惰性，主要的應用領域包括發動機部件和機械零件；由北京有色金屬研究院開發的具有自主知識產權，利用射頻等離子體增強CVD技術制備磷化硼硬質薄膜，該薄膜成分均勻、應力小、與工件的附著力良好，具有硬度高、機械強度高及紅外光學性能優良等特點。

　　然而，CVD技術普遍存在著不易工業化放大的難題。該法一般使用揮發性過渡金屬鹵化物作為前驅體，這類物質不但會污染環境，而且也腐蝕制膜設備的真空系統。前驅體性能不穩定、制造困難且類別較少也限制了CVD方法的應用。此外，大多數CVD技術工藝溫度較高，容易導致基體力學性能降低及零件變形。由于CVD技術存在著上述不足，硬質薄膜的另一類制備方法物理氣相沉積技術越來越受到青睞。

2、物理氣相沉積技術

　　物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition,PVD）是利用某種真空物理過程，例如蒸發或者濺射實現物質的轉移，即原子或分子由源轉移到基體表面上，并沉積成薄膜。它是一種能真正獲得納米至微米級薄膜且無污染的環保型表面處理方法，在不影響基體尺寸的情況下，提高表面強度、增強耐腐性和摩擦磨損等性能。自從20世紀80 年代以來PVD 技術開始廣泛應用于薄膜業，隨著PVD 技術的發展和機械加工行業對硬質薄膜的新要求，當前世界上主要的硬質薄膜設備制造商都采用陰極電弧技術和磁控濺射技術制備各種硬質薄膜。

2.1、陰極電弧技術

　　陰極電弧技術利用真空環境下的弧光放電，使固體陰極靶材蒸發、離化并通過等離子體的強化作用，飛向陽極基體表面沉積成膜。陰極電弧是一種典型的高電流（可高達數百安培）電弧，電弧以等離子體的形式來傳輸陰極材料，而且離子電流約占弧電流的10%左右。正因為如此，陰極電弧技術具有極高的沉積速率。被離化的靶材粒子以60至100eV平均能量濺射出來形成高度激發的離子束，在含有惰性氣體或反應氣體的真空環境下沉積在基體表面，具有高能量的離子束對于提高膜基結合力和打亂膜的柱狀晶結構是非常有利的，從而也可大幅度改善膜的組織結構和力學性能。然而，由于陰極電弧蒸發的過程非常激烈，與濺射過程較為平和的磁控濺射相比，陰極電弧蒸發過程中會產生較多的有害顆粒，這限制了陰極電弧技術在需要優質表面場合的應用。

　　目前，各薄膜設備制造商通過對成膜原理和工藝的研究采用各種不同的措施來減少“液滴”的產生：采用獨特的弧源來滿足工業生產的需要并取得了一定的成效，如Aksenov 及其合作者設計的90°彎管式磁過濾器；通過控制反應氣體的壓力變化和利用脈沖放電限制陰極斑點的壽命等措施，可以容易制備目前廣泛應用的TiN、CrN、TiCN、CrTiAlN 和DLC等硬質膜。瑞士Balzers 公司是世界上規模最大的刀具薄膜制備公司，以其熱弧技術聞名于世，其在利用原有熱弧技術的基礎上將磁控濺射和電弧技術結合在一起，開發的BAI1200、RCS 等PVD設備采用陰極電弧技術為主,也可附加磁控濺射源沉積WC/ C 膜。BAI1200、RCS 采用了圓形平面陰極源技術和輻射加熱技術,可進行快速鍍膜生產。Balzers 在08 年開發的BALINIT ARCTIC 工藝，在200℃的沉積溫度下可以制備目前三種人們熟知的高性能氮涂層TiN、CrN 和TiAlN。利用該工藝制備的TiAlN 可增強加工工具切削刃的穩定性，其卓越的耐熱性和耐化學性改進了高應力元件的性能，并使干切削加工成為可能，涂層的高硬度使其具有優異的耐磨損性和耐腐蝕性。下圖為利用上述工藝與傳統TiAlN 工藝鍍制的φ6.8 mm 鉆頭在連續加工材料為45# 鋼工件時的磨損壽命試驗曲線。