金刚石在力学、电学、热学、光学等方面具有许多优异的性能,使得其在很多方面都有着广泛的应用前景。由于天然金刚石含量稀少,难以广泛应用,使用化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition,简称CVD)法制备的金刚石膜的硬度、热导率、弹性模量等物理性能接近或达到了天然金刚石的性能,从而很好地解决了天然金刚石含量稀少的问题。然而由于在金刚石涂层设备设计与制造技术等领域研究的缺乏,使得化学气相沉积技术在金刚石涂层制备中的优势无法完全发挥。本文以热丝化学气相沉积金刚石涂层设备的设计与制造为研究对象,对化学气相沉积设备的设计与气相沉积工艺进行了系统的研究。针对化学气相沉积工艺的过程特性,设计和制造了一套用于金刚石涂层的设计和制备试验的多功能的热丝化学气相沉积设备。其中:设备主要由水冷真空腔体、气路系统(配吹扫气路)、二维(平面)样品台(可水冷、可旋转)、三维(立体)样品台(用于内孔薄膜沉积)、刀具样品台、样品水冷系统、样品偏压系统(用于镀内孔和平面样品)、热丝系统(热丝架可升降)、热丝加热控制电源、热屏蔽组件、控制系统(配PLC和彩色液晶触摸屏)、真空机组和真空测量系统组成。基于金刚石薄膜颗粒结晶机理与附着机理,利用自主研发的热丝金刚石涂层设备,进行了不同的沉积气压、甲烷/氢气浓度、基体温度等外部环境对金刚石生长速率、金刚石形貌与成核质量的的影响特性研究,并制备出了不同参数条件下的金刚石薄膜涂层硬质合金刀具。利用扫描电子显微镜观测金刚石涂层刀具表面形貌,并与国外刀具涂层进行了对比分析,结果表明:随着沉积气压的升高,生长速率也呈现处线性增长,由颗粒形貌和拉曼分析结果可知,5KPa为本设备最佳压强;随着甲烷浓度的升高金刚石由微米金刚石向纳米金刚石转变,其生长速率有大幅度的提高,考虑到生长速率以及金刚石质量问题,1.5%甲烷浓度是一个较好的选择;本设备最佳沉积温度为870℃左右;刀具的各项性能达到了国外刀具的水平,并应用此设备进行了小批量生产,为CVD金刚石涂层刀具的基础研究及实现CVD金刚石涂层刀具的工业应用奠定了重要基础。