● 摘要
随着武器装备现代化进程的加快，我国对高马赫数导弹的需求也日益迫切。金刚石以其优异的力、热、介电和光学性能成为高马赫数导弹头罩的最佳选择，而低压气相沉积金刚石技术的发展也为其在导弹头罩的应用提供了可能。在本论文中对国内首次热丝化学气相沉积（HFCVD）制备的曲面金刚石膜进行均匀性表征并系统地研究了几种金刚石膜的抛光方法，旨在为我国的国防事业做些基础工作。 论文研究了热丝化学气相沉积曲面金刚石膜的组织结构均匀性。通过对曲面膜径向四个样品进行扫描电镜(SEM)、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射谱(XRD)以及电子背散射衍射图(EBSD)的分析，结合平面金刚石膜的相应分析，可以得知该曲面金刚石膜的径向组织结构存在着较大的不均匀性，靠近膜外沿的样品的相纯度和结晶完整性远远高于膜中心样品，越靠近膜中心的位置，膜中石墨相对含量越高。由于沉积温度的不均匀，外沿和中心位置的样品出现了不同的晶粒形态和宏观取向。除此之外，曲面膜中还具有大量的小角度晶界和部分60º孪晶。 选用熔点较低且相对便宜的稀土Ce为原料对HFCVD金刚石厚膜进行抛光实验。分别研究固态Ce和液态Ce抛光金刚石膜生长面的过程中抛光温度、载荷和时间对抛光率和膜表面粗糙度(Ra)的影响规律。在700℃，3h，90kPa的工艺条件下获得了最佳的抛光结果。这个温度比目前公开报道的用该方法抛光的最低温度降低了近200℃。此外，文中还探讨了稀土Ce对金刚石膜抛光过程中的石墨化和抛光取向依赖性等机理问题。 研究Ce-Mn合金抛光金刚石厚膜过程中原子组成、温度、载荷和时间对抛光率和膜Ra的影响。在650℃，3h， 120kPa的实验条件下，Ce-3at.%Mn合金获得了最佳抛光效果。这使得稀土对金刚石厚膜的抛光温度进一步降低，而且几乎不影响抛光率和抛光质量。 在920℃的温度下采用热铁盘机械抛光法中几种常见的抛光盘材料对金刚石膜进行了静态抛光实验，并用SEM、EDS、拉曼光谱和二次离子质谱（SIMS）分析抛光后的膜表面，研究抛光材料对抛光率的影响及抛光机制，并计算出碳在该条件下的实际扩散系数。结果表明该方法的抛光率主要取决于抛光材料催化金刚石转变成石墨的能力，而不是碳原子在抛光材料中的扩散能力，因而20钢，45钢具有更高的抛光率，而不是含碳量极低的纯铁。 在自主研制的热化学机械抛光机上对金刚石膜进行热铁盘机械抛光实验。研究抛光温度、转速、载荷、时间和抛光盘材料对抛光率和膜Ra的影响，并且分析热化学机械抛光对膜表面质量（石墨化，缺陷等）的影响。在850℃，0.4MPa，162mm/s，2h，45钢抛光盘的实验条件下，获得抛光后Ra为 2.98nm的金刚石膜表面。抛光后的膜表面有轻微的微观氧化和污染。 开发出采用稀土Ce粗抛光和热铁盘精抛光相结合的复合抛光方法。在稀土抛光工艺（700℃，2h，90kPa ）+ 热铁盘机械抛光工艺（45钢抛光盘，850℃，162mm/s，0.4MPa，1h）的工艺条件下对金刚石膜进行抛光，不仅获得了3.90nm的Ra，而且还克服了单一使用热铁盘机械抛光的金刚石膜不易平整的缺点。