金刚石具有高硬度、高弹性模量、高热导率和高耐磨性等优异物理性能,作为涂层材料,在硬质合金基体超硬涂层领域极具应用价值。然而,金刚石涂层工业化应用长期受到以下问题限制:①硬质合金中的钴粘结相（Co）扩散至涂层,催化金刚石转变为石墨降低涂层力学性能;②金刚石与硬质合金基体由于热膨胀系数的差异导致的涂层残余应力过大影响涂层力学性能;③由于以上问题造成的金刚石与硬质合金基体之间的选择性问题制约了涂层的应用领域;④金刚石涂层结构设计与力学性能之间的作用机制尚不明晰。因此,基于上述问题,结合本课题组成功制备的高性能金刚石/β-SiC复合涂层,开发出新型金刚石/β-SiC复合多层结构涂层,并对金刚石涂层开展结构优化设计、生长制备、微观结构分析、力学和切削性能探讨等方面进行深入研究。首先,研究了热丝化学气相沉积反应过程中的四甲基硅烷（TMS）通入量、沉积功率、沉积温度和沉积气压对金刚石/β-SiC复合涂层结构和性能的影响。研究结果表明,低沉积功率下（3.6 kW）,TMS通入量（10 sccm～15 sccm）对于金刚石/β-SiC复合涂层的结构调控影响最为显著。进一步结合低沉积温度（≤850℃）和适合的沉积气压（5 kPa）能够实现对金刚石/β-SiC复合涂层结构的连续和可控生长,同时具有很好的结合强度。其次,利用热丝化学气相沉积技术,在WC-6%Co硬质合金基体上,设计并制备了三种传统金刚石涂层和三种新型金刚石/β-SiC复合多层结构涂层。研究表明,在六种结构的金刚石涂层中,以金刚石/β-SiC复合涂层与微米金刚石涂层作为多层结构、纳米金刚石涂层作为顶层的金刚石/β-SiC复合多层结构涂层同时表现出高的硬度（H=83.6 GPa）与弹性模量（E=856.1 GPa）、高临界载荷（Lc=52.9 N）和低裂纹扩展宽度（≤ 164 μm）等优异性能,并在切削测试中表现出最长的服役寿命（≥65 min）和最佳的加工精度（Ra≤5.77μm）。首先,涂层优异的结合强度和较低的残余应力主要源自于金刚石/β-SiC复合涂层作为界面层和支撑层的作用;其次,多层结构设计提升了涂层的裂纹扩展抗性、韧性和塑性变形抗性;最后,该涂层的高硬度与高弹性模量归因于涂层中微米金刚石涂层的高结晶质量和连续沉积,而纳米金刚石顶层保证了涂层整体具有优良的表面平整度。最后,研究了金刚石/β-SiC复合多层结构涂层在不同结构硬质合金基体上的普适性。研究表明,传统金刚石涂层对于不同硬质合金基体具有选择性,刻蚀之后不同硬质合金基体微观结构的差异和传统金刚石涂层生长特性是导致基体选择性问题的主要原因。相比之下,不同硬质合金基体上沉积的金刚石/β-SiC复合多层结构涂层的力学性能差异十分微小。在所有硬质合金基体上均得到了优异的力学性能,包括低的残余应力（-0.34 GPa～-0.45 GPa）、少的剥落面积（0.13 mm2～0.16 mm2）和高的临界载荷（51.8N～52.3N）。在金刚石/β-SiC复合结构涂层沉积过程中,由于β-SiC相的无选择性沉积导致残余孔洞被大量填补而形成了致密的界面结构。金刚石/β-SiC复合层和微米金刚石层构成的多层结构保证了涂层具有高的结合强度和力学性能。金刚石/β-SiC复合界面层对由贫钴层萌生并向上扩展的裂纹起到阻挡作用。三方面共同作用,消除不同硬质合金基体上金刚石涂层界面微观结构差异,提升了金刚石涂层的普适性。本论文将金刚石/β-SiC复合结构引入金刚石多层结构设计体系,开发出金刚石/β-SiC复合多层结构涂层,优化了金刚石涂层的结构,提升了金刚石涂层的力学性能,提高了金刚石涂层的普适性,极具工业应用价值。