[发明专利]三元过渡金属二硼化物涂覆膜

说明书

本发明涉及含有或由一种以上的三元过渡金属二硼化物涂覆膜构成的涂层。该三元过渡金属二硼化物涂覆膜显示出极高的相稳定性和机械性能，即便是在高温下或甚至在暴露于高温之后。

技术领域

本发明涉及涂层，其含有或由一种或以上的三元过渡金属二硼化物涂覆膜构成(TM在本发明的上下文中被用作一种或多种过渡金属的缩写)。三元过渡金属二硼化物涂覆膜含有作为过渡金属的钨和钽，显示出极高的相稳定性和机械性能，即便是在高温下或甚至在暴露于高温之后。

在本发明的上下文中，高温是800℃或高于800℃、更尤其是1000℃或高于1000℃的温度。在本发明的上下文中，术语“高温”尤其是指在1000-1400℃范围内的温度值，但分别包含温度值1000℃和1400℃。

背景技术

多年以来，过渡金属氮化物在薄膜业获得极大成功。它们的出色性能像高硬度、良好的抗氧化性、高热稳定性和耐蚀性使得它们广泛适用于各种不同的应用例如切削和铣削刀具用保护性涂层，或者用于微电子用途。提高工业过程效率如机加工时的更高产量(暗示着切削速度提高和进而升高的温度) 的永无止境的需求仍要求保护涂层的基于材料科学的进一步改进。因此，行业要求超出氮化物可能性的新材料类型。

过渡金属硼化物的耐火性质在学术界以及行业界吸引了对于作为薄膜材料在各种不同应用中使用的兴趣[1]。在其极其引人注意的性能例如高硬度 [2]、化学稳定性[3]和良好的(关于半导体)导电和导热性能[4]的推动下，这些材料体系刺激了对面向应用的涂层开发的研究。其极其丰富的各种出色性能 [5]进一步允许作为保护涂层或耐磨涂层的目标驱动开发。多年来，集中在过渡金属氮化物的研究活动造成了薄膜行业内的巨大成功(如TiN、Ti-Al-N、 Al-Cr-N)[6-8]，迫切需要新型替换可选方案以进入新的应用领域。于是，过渡金属硼化物的基于知识的开发是必要的以研究具有新性能的新的多元体系，例如近来针对高熵二硼化物所报告的[9]。

在按化学当量的极其丰富的硼化物(TMB、TMB₂、TMB₄、TMB₁₄等)中，有一类即二硼化物保证了出色的机械性能[2,10,11]。例如几项计算研究指出，ReB₂是目前已知的一种最不可压缩的材料，媲美于或甚至超过金刚石性能[12,13]。这些TMB₂化合物已知以两种相关的六方结构结晶：α-AlB₂原型(P6/mmm,SG-191)或者ω-W₂B_5-z原型(P63/mmc,SG-194)[14]。

WB₂已以其亚稳α结构被归类为高度延展性材料[15]，根据 Pettifort[16]、Pugh[17]和Frantsevich[18,19]的半经验延展性标准。

此外，在几项研究中，WB₂据报告在作为涂覆膜沉时积以AlB₂结构类型结晶[20-23]。与钇稳定二氧化锆概念(YSZ)[24,25]相似地，在此，一种特定的合金化元素(在此情况下是钇)被用来稳定亚稳结构(在室温获得立方高温变型[24])。

但是，在现有技术中显示的涂层仍无法总具有足够好的相稳定性和出色的机械性能，例如H40GPa，尤其是在高温下。

因此本发明的根本问题是要提供一种涂层，其显示出高的相稳定性和出色的机械性能，即便是在高于1000℃的温度下。

发明内容

本发明提供涂覆基体，其包括具有涂层的涂覆表面，涂层包含或由一种或更多种三元过渡金属二硼化物涂覆膜构成，其中，过渡金属是指两种不同的过渡金属，优选是钨和钽，或者钒和钨，或者钒和钽。

根据本发明的三元过渡金属二硼化物涂覆膜显示出极高的相稳定性和机械性能，即便是在高温下或在暴露于高温之后。