金属氧化物涂层
常见的金属氧化物涂层，如Al2O3，ZrO2，Cr2O3，TiO2、Ta2O5涂层等具有较高的硬度、较好的化学稳定性和热稳定性，以刚玉型结构居多，他们是理想的硬质防护涂层。
01 Al2O3涂层
氧化铝呈无色或白色，且有多种结晶状态，其中α-Al2O3是最稳定的，它是工业中应用最多的金属氧化物硬质防护涂层材料。显微硬度约21Gpa，弹性模量400Gpa，熔点2047℃，折射率1.767，密度3.95-4.1g/cm3。自然界中，天然α-Al2O3单晶体为刚玉，呈白色。如铬离子替代少数铝离子，则显红色，称红宝石。参入氮离子，呈蓝色，称为蓝宝石。
制备Al2O3涂层方法很多，主要有PVD、CVD，热喷涂、溶胶-凝胶法及阳极氧化。其中，等离子喷涂应用最广泛。超过900℃，氧化铝生产率加快。
氧化铝具有多种晶型相，除了热力学稳定的α相之外，还有γ，δ，θ等十几种热力学不稳定的过渡晶型相，随着温度的升高到1200℃以上，这些过渡型相最终将通过α相变转变成α-Al2O3。
β-Al22O3从化学成分说，是氧化钠和氧化铝的复合氧化物，而氧化铝是单一氧化物；从结构上说，β-Al22O3具有层状结构，而氧化铝具有密堆积结构；从性质上说，β-Al22O3是导电体而氧化铝是绝缘体。
- α-氧化铝，粒径是20nm；比表面积≥50m/g，几乎没有催化活性；耐酸碱；绝缘
- γ-氧化铝，粒径是20nm；比表面积≥230m2/g；属活性氧化铝；酸碱两性；绝缘
- β-氧化铝，是一种铝酸盐，通常表示为M2O·xAl2O3，其中M为一价阳离子。含很多铝酸盐矿物； 导电
02 ZrO2涂层
ZrO2涂层制备应用最多的是等离子喷涂技术。等离子喷涂是一个快速加热和冷却的过程，这将导致喷涂粉末与喷涂涂层的相组成有所差别。
在ZrO2涂层中掺入氧化铝成分可提高其力学性能。喷涂法制备的氧化锆-氧化铝复合涂层，比物理气象沉积有更好的隔热性能。将氧化铝混入氧化锆涂层中，对于降低残余应力和减少裂纹非常有效。
ZrO2涂层的分类和应用
| 涂层种类 | 主要特点 | 用途 |
| ZrO2+Y2O3 | 耐热、隔热、耐热冲击 | 喷气发动机的燃烧室、涡轮机叶片、活塞等发动机零部件 |
| ZrO2+MgO | 耐热、耐热冲击、耐饰、绝缘性好 | 喷气发动机的燃烧室、铸模、高炉风口、渣口、熔炼坩埚 |
| ZrO2+CaO | 耐热、隔热、耐热冲击、对熔融金属具有耐蚀性 | 火箭、导弹的燃烧室、内燃机汽缸盖、坩埚内壁防熔融金属侵蚀 |
| ZrO2+SiO2 | 耐酸碱性化学药品腐蚀 | 化学反应器 |
| ZrO2+Al2O3 | 较好的韧性和摩擦学特性 | 机械零部件用摩擦磨损涂层 |
| ZrO2+Nb2O3+TiO2 | 长波远红外辐射 | 红外加热元件的表面层 |
| ZrO2+金属 | 低热导率，抗温差急变性好 | 火箭、飞机、柴油机等高温变的放热和隔热层 |
| ZrO2+生物材料 | 韧性好，弹性模量与衬底材料匹配 | 人工牙种植体、人工关节 |
03 Cr2O3涂层
Cr2O3涂层呈绿色，维氏硬度29Gpa，而ZrO2硬度为12Gpa，α-Al2O3为20Gpa，SiO2为12Gpa。Cr2O3涂层具有极好的化学稳定性、抗高温性以及摩擦力小的特点，可作为微电子器件的阻挡层和磨损器件的保护层。Hones等人利用溅射法制备出约2μm的Cr2O3涂层，其硬度最高到32Gpa，已经超出块体Cr2O3硬度。该涂层在高温时具有优异的热稳定性，可以应用到太阳能光热转换器上。
氧化铬涂层最理想的沉积技术是磁控溅射。无偏压时，沉积速率较低；随着偏压的增加，沉积速率缓慢增加；继续增大偏压，沉积速率反而下降（溅射剥离速率提高）。无偏压时，硬度较低；随着偏压增大，硬度值增大。无偏压时，Cr2O3涂层表面存在一些白色大颗粒，尺寸和分布不均与。加上脉冲偏压后，氧化铬涂层表面大颗粒减少。偏压越大，大颗粒越少，表面形貌越光滑。
04 TiO2涂层
TiO2涂层呈白色或无色，度3.9-4.26g/cm3，折射率2.52-2.76，熔点约1840℃。TiO2涂层在可见光区有着高透过率、高折射率，在紫外线区有着强烈吸收，起在抗反射涂层、多层光学涂层、光波导等方面有着广泛的应用。锐钛矿相TiO2涂层可实现有机物的光催化降解，同时具有光生亲水性。金红石相TiO2涂层则是很好的人工心脏瓣膜材料。
TiO2涂层目前已经应用到医学、气体传感器和耐磨防护技术等领域；热喷涂TiO2涂层还可以应用于光催化（溶胶-凝胶法，但涂层不均匀、致密）。
内容来源：
《硬质与超硬涂层——结构、性能、制备与表征》，宋贵宏、杜昊、贺春林