刚玉结构Al-Cr-O薄膜是具有六方紧密堆垛结构的薄膜,与α-Al₂O₃薄膜性能类似,具有室温和高温硬度高、电绝缘性高、化学稳定性好、氚渗透率低等优越性能,是理想的耐磨、电绝缘、扩散阻挡和防氚渗透涂层材料。刚玉结构Al-Cr-O薄膜性质与α-Al₂O₃和α-Cr₂O₃的相对含量密切相关,α-Al₂O₃的含量增多时,其热稳定性,介电性和绝缘性能均相应提高,低温制备富Al刚玉结构Al-Cr-O薄膜具有广阔的应用前景。本文利用射频反应磁控溅射的方法沉积Al₂O₃薄膜和Al-Cr-O薄膜,首先探究工艺参数对反应溅射Al靶沉积Al₂O₃薄膜的相结构和性能的影响规律,继而探究靶材Cr含量和基体偏压对反应溅射Al_xCr_100-x（x=90,70,50）靶沉积Al-Cr-O薄膜的相结构和性能的影响规律,得到如下结果:当O₂分压≥9.09%时才能沉积出符合化学计量比的Al₂O₃薄膜。在490～540℃反应溅射Al靶沉积的薄膜,主相均为α-Al₂O₃,并有少量γ-Al₂O₃,κ-Al₂O₃和非晶。温度升高,α-Al₂O₃的含量增加,κ-Al₂O₃和γ-Al₂O₃等亚稳相的含量减少,薄膜的硬度和弹性模量逐渐提高。在590℃沉积的Al₂O₃薄膜的硬度和弹性模量分别为20.3GPa和204.6GPa。在540℃,溅射Al₅₀Cr₅₀靶沉积的薄膜由α-（Al,Cr）₂O₃固溶体和α-Al₂O₃组成,溅射Al₇₀Cr₃₀靶沉积的薄膜为单相α-（Al,Cr）₂O₃固溶体薄膜,Al₅₀Cr₅₀和Al₇₀Cr₃₀靶沉积的薄膜硬度分别为23.2GPa和23.8GPa。溅射Al₉₀Cr₁₀靶沉积的薄膜的主晶相为α-（Al,Cr）₂O₃固溶体,薄膜中还存在少量κ-Al₂O₃和刚玉相Cr₂O₃,薄膜性能较差。提高Al-Cr-O薄膜中Cr的含量有助于提高耐磨性能。温度为540℃时,在0～-100V基体偏压下反应溅射Al₇₀Cr₃₀靶沉积出的Al-Cr-O薄膜为纯刚玉结构,当偏压为0时为单相α-（Al,Cr）₂O₃固溶体薄膜,随着负偏压的增加,薄膜中出现的α-Al₂O₃增多,形成了由α-Al₂O₃和α-（Al,Cr）₂O₃固溶体组成的薄膜。当负偏压增加到-150V时,薄膜中出现亚稳相κ-Al₂O₃,薄膜由α-（Al,Cr）₂O₃固溶体、α-Al₂O₃和κ-Al₂O₃组成。对基体施加负偏压有助于提高Al-Cr-O薄膜中的Al含量。反应溅射Al₇₀Cr₃₀靶沉积的符合化学计量比的Al-Cr-O薄膜中,随着负偏压的增加,薄膜中的Al含量增加。偏压为-100V时,薄膜中的Al含量高达79.5at.%,为目前报道的在540℃沉积出的Al含量最高的刚玉结构Al-Cr-O薄膜。负偏压越大,刚玉结构Al-Cr-O薄膜的硬度和弹性模量越大,摩擦系数越小。当负偏压超过-100V时,薄膜中出现κ-Al₂O₃,硬度和弹性模量降低,摩擦系数升高。在-100V偏压下制备的富Al刚玉结构Al-Cr-O薄膜表现出最好的力学性能和耐磨性能,硬度和弹性模量分别为28.1GPa和245.6GPa,与Si₃N₄球和GCr15钢球的摩擦系数分别为0.58和0.61。