本发明针对目前急需解决的球面衬底的CVD金刚石沉积成形问题，提出了一种在球面衬底上制造金刚石涂层的方法及其装置，通过均匀表面温度场，在球面衬底表面均匀制备CVD金刚石涂层，通过在工作台的下方安装一个由特种陶瓷制成的锥形轴辊，锥形轴辊带动球面衬底旋转，使得球面衬底表面温度处于稳定状态，通过沉积纳米尺寸颗粒组成的CVD金刚石涂层来降低涂层表面粗糙度，提高涂层韧性。本发明保证了球面衬底表面沉积CVD金刚石膜时温度场均匀、稳定，使得CVD金刚石膜的成核和生长能够均匀、稳定地进行，沉积的纳米CVD金刚石涂层的表面粗糙度很低，涂层不需要进一步加工就可以直接使用。