纳米晶复合超硬薄膜极限硬度的微量氧损伤行为及其机制研究

具有界面强化相的纳米复合薄膜材料，因其所具有的超高硬度已被学术界广泛关注，但该类材料所能达到的硬度极限值一直是学术界争论的焦点问题。本项目基于纳米复合薄膜硬度极值对界面相微结构及微尺度变化极为敏感的事实，选取真空气相沉积的纳米多层及纳米晶非晶（TiN/Si3N4）体系，采用HRTEM、EPMA、XPS和纳米压入等各种高精密分测手段从实验上定量和半定量表征纳米复合薄膜硬度极值与氧杂质含量及其分布之间的关系；结合分子动力学模拟澄清氧杂质含量和氧杂质晶界偏析的热力学诱因，进一步通过第一原理密度泛函（DFT）计算分析体系能量、电子密度分布、态密度（DOS）、弹性模量等物理参量随氧杂质含量及其分布的演变规律，以及由此导致的原子键合状态的变化，最终从电子层面揭示纳米复合薄膜超硬极限与微量氧杂质含量之间的相关性，并提出新的纳米复合薄膜设计准则。