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为了满足计算机硬盘存储容量日益增长的需求，磁存储密度必须得以提升，解决方案之一就是减小磁头保护膜的厚度来降低磁头和磁盘间的磁间隙。磁头制造行业在沉积保护膜时，通常会先在基体材料上沉积一层Si作为过渡层以增强后续沉积的类金刚石（DLC）膜的综合性能，以后的发展方向是直接在基体材料上沉积DLC膜而不再加工过渡层，从而降低保护膜的总厚度。本课题就是以磁过滤真空阴极弧技术在磁头基体材料上直接制备不含Si过渡层的DLC薄膜为主要研究对象，对采用优化设计的新工艺条件下制备的磁头保护膜进行测试和分析，从微观结构的角度出发，解释新DLC膜性能变化的原因。目前，学术界对2nm以下的超薄DLC膜的研究还很少，在这么小的尺度下，如何恰当的评估其使用性能至关重要，因此本文的研究内容带有很强的前沿性和实用性。采用经原子力显微镜校准后的化学分析光电子谱模型测量磁过滤真空阴极弧法制备的DLC膜厚度。结果显示设计厚度分别为1.1nm、1.5nm、2.0nm的无过渡层DLC（后文分别记作DLC#1、DLC#2、DLC#3）薄膜的实际膜厚依次是1.13nm、1.47nm、1.97nm。含Si过渡层总设计厚度为2.0nm的DLC（后文记作DLC#0）薄膜，其实际厚度为1.96nm，其中Si层厚度0.79nm。四款DLC薄膜表面形貌连续光滑，均方根粗糙度仅在0.27~0.35nm之间变动。观察DLC#0和DLC#2两种薄膜横截面的透射电子显微镜高分辨率像，沉积的两款薄膜均为非晶态，平整、连续、致密的覆盖在基体表面。使用俄歇电子能谱仪对无过渡层的DLC薄膜表面作深度剖面分析，薄膜内部呈现理想的无氧态结构，C元素的浓度沿薄膜深度方向的分布没有出现异常的起伏。采用可见光拉曼对薄膜的物理结构进行了分析，结果显示DLC#1、DLC#2、DLC#3膜中的sp3含量随薄膜厚度的增大而提升，DLC#2和DLC#0膜的sp3含量相当。电子能量损失谱定量分析出DLC#2膜中sp2键含量78.0%，DLC#0膜内sp2键含量是76.4%，两者含有相近含量的sp2杂化键。四款DLC薄膜的水接触角和总表面能相近，表面吸附性能相当。随着DLC#1、DLC#2、DLC#3膜厚度的增加，薄膜的耐磨损性能得以提高。在标准磁盘上过载摩擦及人为制作压痕的磁盘上碰撞摩擦两种摩擦条件下，DLC#2和DLC#0膜的磨痕形貌和磨损深度相近，耐磨损性能相当。经纳米划痕测试，DLC#2膜的摩擦系数均值0.120，低于DLC#0膜的摩擦系数均值0.144，并且DLC#2膜的临界载荷均值更大，具备优于DLC#0膜的膜基结合性能。DLC#2膜通过磁头行业通用的高温高湿及草酸浸泡腐蚀测试，可以对磁头提供充分的抗腐蚀防护。本文全面研究了无过渡层超薄DLC磁头保护膜的形貌、结构和各项性能，反映出DLC#2膜在厚度降低的情况下，各项性能不落后于DLC#0膜，并从内部sp3含量上解释薄膜间耐磨损性能上的差异。