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金刚石材料因其众多优异的性能，备受关注。由于天然金刚石矿藏稀少，因此人工合成金刚石一直是各国研究探索的重点。上世纪50年代，美国通用电气公司首先通过高温高压法合成了金刚石微粉，促使金刚石材料的工业应用迅速扩展。上世纪80年代日本学者成功开发出热丝化学气相沉积制备金刚石的工艺，解决了低温低压合成金刚石材料的问题。化学气相沉积技术是目前制备金刚石薄膜的主流方法。研究发现:影响金刚石薄膜纯度和生长速率的因素较多，如成核方式、基体温度、沉积功率、气压以及碳源浓度等，其中碳源浓度影响最为明显，增大碳源浓度可提高金刚石生长速率，但碳源浓度过高，沉积时薄膜中sp2碳易残留，降低了金刚石的纯度及品质。前期针对碳源浓度对金刚石薄膜生长的影响进行了一定的研究，但薄膜中sp2碳对金刚石薄膜性能的影响，研究尚不充分。此外，异质基体表面沉积金刚石薄膜，因其应用领域不同，要求膜基界面具备相应的结合强度，这对金刚石薄膜的沉积工艺提出了挑战。 论文首先研究了碳源浓度对金刚石薄膜结构的影响。通过调整甲烷浓度，制备了金刚石/石墨复合薄膜，并对复合薄膜的微观结构和力学性能进行了详细研究。低甲烷浓度沉积时，形成纯度较高的金刚石薄膜。这是由于等离子体中原子H浓度较高，并且原子H刻蚀非金刚石碳的速率远大于刻蚀金刚石碳的速率，因此优先刻蚀非金刚石碳而留下金刚石碳;高甲烷浓度下，原子H浓度虽未明显降低，但刻蚀能力达到饱和后，难以完全刻蚀沉积过程中形成的sp2碳，从而形成了金刚石/石墨复合结构。通过对金刚石/石墨复合薄膜的显微结构分析可知:薄膜中金刚石相具有团簇结构，团簇中枝晶由主干及分支构成。团簇中晶束核心为金刚石，外部包裹一定厚度的sp2碳。通过对其结构演化过程的分析，可以认为高功率和高甲烷浓度是形成金刚石/石墨复合结构的关键因素。纳米压痕测试结果表明:随着金刚石薄膜中sp2碳含量增加，薄膜硬度及弹性模量均降低。调节薄膜中sp2碳含量，可以控制复合薄膜硬度在6～45 GPa、弹性模量在130～440GPa之间。适量的sp2碳虽然降低了薄膜的硬度及弹性模量，但可以增大薄膜的韧性。摩擦磨损实验结果表明:石墨相的引入，可以有效降低复合薄膜的摩擦系数及磨损率，同时也降低了对磨副的磨损。使用Al2O3对磨副，其平均摩擦系数可降低至0.10，磨损率为1.6×10-7mm3/N·m。石墨相的引入，极大降低了金刚石晶粒对对磨副的犁削作用，在工程应用中具有重要意义。 其次，论文进行了WC-Co硬质合金基体表面沉积金刚石/β-Sic复合薄膜的研究。由于SiC热膨胀系数介于金刚石与WC-Co硬质合金之间，以金刚石/β-SiC复合薄膜为过渡层，可以缓解硬质合金基体与金刚石薄膜之间的膜基热应力。论文首先研究沉积气压、四甲基硅烷(TMS)浓度以及甲烷浓度等工艺参数对金刚石/β-Sic复合薄膜结构的影响。研究发现:沉积气压升高，基体温度升高，复合薄膜中金刚石含量提高，β-SiC的生长受到抑制。控制沉积气压和温度可以调控复合薄膜中金刚石的晶粒尺寸;调整沉积气氛中TMS流量，获得了不同β-Sic含量的金刚石/β-Sic复合薄膜。增大TMS流量，复合薄膜中β-Sic含量增大，其值在12.6～68.1％之间可调;另外甲烷流量的调整并不能有效改善复合薄膜中金刚石相的含量及复合薄膜生长速率。TEM结果表明:复合薄膜中β-Sic相主要以团簇态弥散分布;复合薄膜生长时，薄膜中纳米β-SiC晶粒可以有效填充基体中Co刻蚀后留下的孔洞，提高了膜基结构致密性。β-Sic的引入，可以有效抑制WC-Co基体中Co元素在膜基界面处的扩散。最后，通过优化复合薄膜沉积工艺，研究不同β-SiC含量的复合薄膜作为过渡层沉积的金刚石膜的膜基结合力特性。结果表明:在硬质合金基体上沉积金刚石薄膜时，复合过渡层削弱了基体中Co向顶层金刚石薄膜中的扩散，提高了项层金刚石薄膜的结晶质量，强化了膜基界面处机械锁合效应，同时解决了金刚石薄膜连续生长的问题。压痕测试表明复合薄膜中β-SiC含量在45％时，沉积的顶层金刚石薄膜与基体结合力最佳。