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本文首先使用离子束辅助沉积(IBAD)方法制备TiN薄膜和TiN/Si3N4纳米复合薄膜。并使用X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)、X射线光电子谱(XPS)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等多种分析手段研究TiN薄膜和TiN/Si3N4薄膜的成分和微观结构。证明TiN薄膜由TiN纳米晶构成，辅助轰击能量对薄膜的结构影响较大。而TiN/Si3N4薄膜则是由粒径小于5nm的TiN纳米晶和非晶Si3N4相构成，TiN纳米晶嵌入在非晶Si3N4相形成的三维网状基体之中形成“混凝土”状微观结构。文中将“界面能”引入TiN/Si3N4薄膜体系的自由能中，并以此为依据对TiN/Si3N4薄膜中TiN晶粒的取向进行了理论分析。作者还使用MonteCarlo方法模拟TiN/Si3N4薄膜的生长过程，模拟结果与实验结果非常吻合。本文使用纳米硬度计测量薄膜的硬度。TiN薄膜的硬度在20～45GPa的范围内变化，在200、400和600eV轰击能量下制备的TiN薄膜达到了超硬(≥40GPa)。不同轰击能量下制备的TiN/Si3N4薄膜在Si含量为10.8at.％时分别达到或者接近超硬。
本文还使用闭合磁场非平衡式磁控溅射(CFUBMSIP)技术并按照特定的工艺路线制备4层结构的TiN/Si3N4薄膜。Si含量为8.6at.％时薄膜达到最大的硬度52GPa。Si含量的增大和减小都会导致薄膜硬度的降低。为了探讨TiN/Si3N4薄膜工业应用的可行性，本文通过压痕实验、划痕实验、球盘对磨实验以及钻孔实验多种实验方法系统的研究了薄膜与高速钢(HSS)基体的结合性能、薄膜的韧性、薄膜的摩擦学性能以及镀有薄膜的HSS钻头的金属切削性能。薄膜中的Si含量对薄膜的各种性能有着显著的影响。随着Si含量的增加，薄膜的结合强度和韧性都逐渐下降。在20N载荷和0.042m/s条件下的球—盘实验中，TiN/Si3N4薄膜表现出非常好的耐磨性能。在HSS钻头表面沉积TiN薄膜或TiN/Si3N4薄膜可以极大的提高钻头的切削寿命。镀有TiN/Si3N4薄膜的钻头当Si含量为8.6at.％时钻头具有最大的切削寿命，是未镀膜钻头的88倍。