因具有大的比表面积可提供更多的化学修饰位点,石墨烯球膜有望成为空间传感器基质的首选。遗憾的是,石墨烯球膜难以在所需基体上原位生长,且石墨烯膜的层数和晶格缺陷难以控制。本文提出利用金属催化法在空间探测常用基材硬质合金表面原位生长层数和晶格缺陷可控的石墨烯球膜。利用硬质合金内部的粘结相Co作为催化金属,利用磁控溅射在硬质合金表面沉积非晶SiC（Amorphous SiC,a-SiC）作为碳源,通过退火期间的催化反应实现石墨烯在合金表面的原位生长。探究不同工艺参数对石墨烯球膜的形貌、层数和晶格缺陷的影响机理。为探索石墨烯的应用,考察了石墨烯球膜在宏观尺度下的摩擦磨损性能及其润滑机理。主要结论有:（1）适宜的退火温度是石墨烯生成的关键。硬质合金表面沉积a-SiC薄膜后,退火提供粘结相Co的扩散和催化反应的动能,在1000-1150 ^oC温度区间实现了石墨烯球膜的原位生长。（2）石墨烯球膜的形貌由表面层物相决定。通过调控退火时间可改变表面层物相。当表面层出现颗粒状的Co₂Si相时,C原子在颗粒表面形核生长,从而生成球状的石墨烯。随退火时间延长,Si原子挥发,Co₂Si颗粒裂解,形成了空心石墨烯球膜。（3）石墨烯球膜的层数和缺陷主要受表面C原子含量的影响。表面C原子的含量可通过调控沉积a-SiC时乙炔气体流量直接控制。随着C原子含量的增加,生成的石墨烯的晶格缺陷呈降低的趋势,而石墨烯球膜的层数先减少后增加。（4）石墨烯球膜在宏观尺度下具有良好的摩擦学性能。硬质合金表面原位生成石墨烯球膜后,利用球-盘磨损实验机测得的摩擦系数由最初的0.81降低到0.19。磨损过程中,石墨烯晶粒分散在磨痕表面以及对磨球上起到了关键的润滑作用。