类金刚石（DLC）膜具有低摩擦系数、高耐磨性以及优异耐腐蚀性能而得到广泛应用。随着现代工业的进步,业界对厚的DLC膜层越来越关注,因为需要更高的耐磨性和耐蚀性。在众多的DLC膜层制备方法中,笼形空心阴极放电具有等离子体密度高、膜层沉积快的优势,是制备DLC厚膜的一种有效方法。但由于工件与笼形阴极内等离子体电位差只有几个e V,限制了离子对DLC膜性能的调控和基体的清洗。针对这个问题,本文提出一种新型偏压调控笼形空心阴极放电沉积DLC膜技术。对其放电特性和偏压调控Si-DLC膜结构和性能进行了研究,并成功制备了具有高沉积速率和高结合力的Si-DLC多层厚膜（>30μm）。偏压调控笼形空心阴极沉积系统,可通过施加在笼网上的激励电压来调整笼内等离子体密度,通过改变工件附加偏压值调控到达工件表面离子能量,从而实现等离子体密度与离子能量的独立控制。氩气和乙炔气体笼形空心阴极放电特性测试表明,随工作气压的升高,频率或脉宽的增大,击穿电压值降低。乙炔分子具有强电负性,容易与电子复合形成负离子,导致相同气压下乙炔放电击穿电压高于氩气放电。笼形空心阴极系统放电包括预放电和空心阴极放电两个阶段。氩气放电初始阶段存在电流下降现象,主要是Ar⁺离子刻蚀减少笼网表面污染物及凸起结构平滑化,笼网表面电子发射数量减少的原因。氩气放电过程随气压升高,离化增强,笼网电流增大。乙炔放电过程,强电负性乙炔气体分子与电子复合形成负离子,降低电子数量,导致放电减弱。氩气放电过程,偏压幅值对笼形空心阴极氩气放电特性的影响存在阈值,偏压高于阈值时自辉光放电增强,有利于提高等离子体密度,低于阈值时偏压电场消弱空心阴极效应,辉光放电弱化。混合气体放电过程,氩气促进乙炔气体分解和离化。等离子体光谱测试表明,氩气放电空间粒子主要为Ar⁺离子和激活态Ar*原子,乙炔放电空间粒子主要检测到原子态H和少量的CH、C2和C⁺离子。建立Ar⁺离子运动模型,从微观角度解释了电流波形变化机制。Ar⁺和H⁺离子偏压刻蚀减少316不锈钢基体表面碳污染物,并形成尺寸在20nm-50nm的纳米凸起结构,增强“锁扣”效应,提高膜基结合强度。Ar⁺和H⁺离子偏压刻蚀有效去除不锈钢氮化层表面疏松氮化物颗粒,减少氧元素含量,进一步提高膜基结合强度。偏压调控笼形空心阴极系统沉积Si-DLC膜,附加偏压降低Si-DLC膜层的表面粗糙度,提高膜层致密性。随偏压增大,Si-DLC膜沉积速率呈现先降低后增加的变化规律,先降低是由于原子氢化学刻蚀和Ar⁺离子溅射占主导因素,后增加是由于工件自辉光放电增强乙炔的分解。膜层结构的致密化和H含量的降低是提高Si-DLC膜力学性能的主要因素。Si-DLC膜纳米硬度由8GPa升高到14GPa,-300V附加偏压制备的Si-DLC膜具有较好的耐钢球摩擦磨损性能。与常规笼形空心阴极沉积的Si-DLC单层膜相比,偏压调控软硬交替SiDLC多层膜结构,提高了膜层的整体韧性和膜基结合强度。316不锈钢/SiDLC膜基体系划痕结合力L_C2值由17 N升高到30N。同时,采用偏压调控笼形空心阴极系统,实现316不锈钢氮化和偏压调控多层Si-DLC膜连续制备,L_C2值提高到46N。随多层膜厚度增大,高速钢基体Si-DLC多层膜划痕韧性值逐渐升高,厚度为35μm时达到2695,L_C2值达到112N。Si-DLC多层膜具有较低的摩擦系数和优异的耐GCr15和Si C对磨球摩擦磨损性能。多层SiDLC膜热稳定性优于常规笼形空心阴极技术制备的Si-DLC单层膜。偏压调控和多层结构设计增大了Si-DLC膜致密度,减少了膜层内针孔缺陷,表现出优异的耐15%HCl侵蚀能力。采用偏压调控笼形空心阴极技术,在硅片上成功制备厚度为152μm的Si-DLC膜。