本文采用透射光谱法测量 Ge基底类金刚石薄膜(Diamond-like carbon，DLC)的光谱曲线。应用测量的光谱曲线，基于模拟退火算法，构建目标优化函数，通过光谱反演法得到薄膜的厚度、折射率、消光系数。该方法得到的 Ge基底类金刚石膜的光学参数与椭偏仪测试结果比对，折射率误差小于 1%，厚度误差小于 2%。并且将薄膜的光学参数带入透过率理论计算模型，得到的 Ge基底类金刚石薄膜透射光谱曲线和实际测试曲线的误差小于 2%。该方法只需测量透射光谱曲线，通过计算就能得到薄膜光学参数，对光学薄膜设计和加工具有重要指导意义。

利用直流非平衡磁控溅射技术，在100℃条件下，在单晶硅上制备了具有红外增透效果的类金刚石薄膜，研究了偏压对薄膜结构、机械性能和红外光学性能的影响，解释了薄膜结构与性能之间的关系。利用场发射扫描电镜（FESEM）、Dektak150 型台阶仪、Raman 光谱仪、纳米压痕仪、椭偏仪和傅里叶红外吸收光谱仪表征薄膜形貌、结构、硬度、折射率和红外光学性能。实验结果表明：在偏压为－100V 时，薄膜中sp³ 相含量最高，得到最大的纳米硬度14.8 GPa 和最大折射率2.36，此时透光率为67.3%；在偏压为－200V 时，薄膜硬度为11.2 GPa，薄膜的折射率为2.06，最接近零反射膜所需折射率，此时透过率最大。

类金刚石薄膜激光损伤阈值低，已经严重制约其在红外激光系统中的应用。基于非平衡磁控溅射技术，在硅基底上沉积类金刚石薄膜；采用离子束流后处理技术，用正交实验法确定影响处理效果的主要因素，对已沉积完成的DLC薄膜进行离子束轰击；在不同处理工艺下，观测薄膜样品的光学常数及拉曼光谱，最后进行了激光损伤测试。从测试结果可知，离子束流后处理参数：离子能量1000 eV、放电电流30~40 mA、轰击时间8 min时，透射率由原来的60.65%提高到了65.98%；消光系数在900 nm后明显降低，DLC薄膜的激光损伤阈值从0.69 J/cm^{2提高到1.01 J/cm2。}

类金刚石（DLC）薄膜在红外区有很高的透过率，但激光损伤阈值低，严重限制了其应用领域。采用直接在DLC薄膜上沉积Ti电极，基于激光损伤阈值（LIDT）测试平台，用1-on-1零几率损伤法，研究了在不同偏置电场下DLC薄膜损伤阈值及损伤形貌的变化。发现电场强度从0增加到700 V/cm，损伤阈值明显增大；进一步增大偏置电场，损伤阈值相对不变。分析认为偏置电场改变了激光辐照DLC薄膜区域的光生载流子漂移速度，减小了DLC薄膜的局部热累积，减缓了薄膜的石墨化进程，提高了DLC薄膜的抗激光损伤阈值。

为掌握机械瓣膜衬底温度对类金刚石薄膜的影响规律,在实验中保持其 它实验参数不变,机械瓣膜衬 底温度分别取室温和150°C时,用脉冲激光沉积法在机械瓣膜上制备类金刚石薄膜。用Raman光谱仪对薄膜的 微观结构进行检测;用原子力显微镜对薄膜的表面形貌和粗糙度进行检测。结果表明:当其它实验参数不变 时,机械瓣膜衬底温度从室温升高到150°C时,薄膜的微观结构没有发生明显改变;薄膜表面的粗糙度减小。 类金刚石薄膜和机械瓣膜衬底之间具有很好的黏附性。

用脉冲激光在机械瓣膜上沉积类金刚石薄膜的实验中, 保持其它实验参数不变, 沉积时间分别取40 min和50 min来沉积类金刚石薄膜。用Raman光谱仪对机械瓣膜衬底和薄膜的微观结构进行检测; 用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行检测。结果表明: 机械瓣膜和薄膜的微观结构明显不同, 并且在其它实验参数不变的条件下, 沉积时间从40 min增加到50 min时, 薄膜中sp3/sp2的比值略微升高, 薄膜的密度略微增大, 薄膜中石墨晶粒的数量或体积几乎不变, 薄膜的表面形貌和粗糙度几乎不变。用脉冲激光沉积法在机械瓣膜上沉积出的类金刚石薄膜和机械瓣膜之间具有很好的黏附性。

采用自行设计的液相法沉积装置,以甲醇有机溶剂作为碳源,利用液相电化学沉积技术在不锈钢及Si基底上制备了类金刚石薄膜;用扫描电镜、Raman光谱仪表征了沉积薄膜的表面形貌和结构;用UMT-2M摩擦磨损试验机对两种沉积薄膜进行了摩擦性能测试。结果表明: 经电化学沉积的类金刚石薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;Raman光谱在1 332 cm-1处有强的谱峰,与金刚石的特征峰相吻合,其中不锈钢基底上薄膜的sp3含量更高;不锈钢基底沉积膜的摩擦系数为0.12,Si片基底沉积膜的摩擦系数为0.10;不锈钢基底沉积膜的耐磨性较Si片沉积膜高。

用脉冲激光沉积法制备类金刚石薄膜的实验。首先,衬底温度分别取室温、200 ℃、400 ℃和600 ℃在Si衬底上沉积类金刚石薄膜;其次,衬底温度分别取400 ℃和600 ℃在316L医用不锈钢衬底上沉积类金刚石薄膜。用Raman光谱仪对各种参数的薄膜样品进行检测。结果表明: 在其它实验参数不变的条件下,衬底材料的改变不会导致薄膜微观结构发生明显改变;但是衬底温度升高将导致薄膜中sp2键和sp3键含量的减少、sp3/sp2比值减小、非晶态的sp2键向石墨相的转化并发生晶化、石墨晶粒的数量增多或体积增大。

为了提高DLC(Diamond-like Carbon)类金刚石薄膜与SAE1060碳素钢基材的结合强度, 以延长发动机活塞环的使用寿命, 研制了一种带有复合阳极的RF-DCCVD双电源化学气相沉积设备。利用锯齿结构的辅助阳极产生尖端放电, 制备了具有微米类陨石坑非连续结构的DLC薄膜, 并利用Ball-on-Disk摩擦评价试验机评价了薄膜的摩擦特性。着重研究了极间距S -T对薄膜表面类陨石坑密度的影响; 最后利用拉曼光谱仪分析了薄膜结构和成分。结果表明: 在同样的电压下, 类陨石坑的密度随着电极间距的增加而减小, 最佳电极间距S -T为40～60 mm, 此时不仅具有比较适中的类陨石坑密度, 对DLC薄膜的摩擦特性影响不大, 而且具有较强的界面结合强度。当S-T为50 mm, 施加载荷为3 N时, 薄膜的破坏寿命达到了130万循环, 比光滑表面的薄膜延长了30万循环。得到的结果显示微米类陨石坑非连续结构能够有效地释放膜内的残余压缩应力, 延长SAE1060碳素钢基材上沉积类金刚石薄膜的使用寿命。

在不同射频功率条件下，实验研究了射频等离子体化学气相沉积类金刚石薄膜的金刚石相分数、光学常数和硬度。利用Raman光谱仪、椭圆偏振仪、数字式显微硬度计分别测试了不同条件下单层类金刚石薄膜的金刚石相分数、光学常数和硬度。实验表明，随着功率的增加，金刚石相的相对分数减少，薄膜的折射率先减小再增加然后减小，射频功率大于910 W时，沉积速率急剧增大。而薄膜的硬度先增加后减小，在射频功率为860 W处获得最大值。