评Veprek的nc-TiN/a-Si3N4模型和其'超过金刚石硬度'的实验基础

摘要

由于报道获得了超过金刚石的硬度,TiN/Si3N4纳米复合薄膜成为十多年来超硬材料和薄膜材料的重要热点.本文从实验基础方面对这类薄膜的Veprek模型和"超高硬度"进行了评述.在微结构方面,Veprek提出的非晶Si3N4包裹TiN纳米晶的结构模型(即nc-TiN/a-Si3N4)缺乏足够的实验依据,直接观察表明:高硬度薄膜中的TiN晶粒并非等轴晶,而是纳米直径的柱状晶.就Si3N4界面相来说也并非以1个单分子层(～0.3 nm)的非晶态存在,而是厚度约3个分子层(～0.7 nm)的晶体态,更重要的是Si3N4界面相与相邻的TiN晶体形成了共格结构.在制备技术方面,十余年来始终没有人在这类材料中重复出Veprek超过金刚石硬度的结果,Veprek不仅将其归咎于缺乏足够高的沉积温度和氮分压,甚至归咎于薄膜中存在不可避免的微量氧,但也缺乏足够的直接证据.在超高硬度的样品方面,Veprek所报道超过金刚石硬度(最高达138.9GPa)的样品不但未经任何他人检测确认,而且现在这些样品已经不存在了.