專利名稱：用于生產(chǎn)中折射率光學涂層的蒸鍍用材料的制作方法
薄氧化物涂層被廣泛地用于工業(yè)中，特別是在光學領(lǐng)域中被用作保護涂層或其它光學性能的目的。因此，它們可用來防止光學元件和儀器的表面受到腐蝕和機械損傷，或者作為它們表面的抗反射涂層，尤其是例如作為透鏡、反光鏡和棱鏡等表面的抗反射涂層。此外，薄氧化物涂層還被用于生產(chǎn)高、中或低折射率的光學涂層以便提高或降低反射率。主要應(yīng)用領(lǐng)域是生產(chǎn)護目透鏡和照相機鏡頭、雙筒望遠鏡和光學測量儀器以及激光技術(shù)的光學器件等元件表面的抗反射涂層。它們還可用于生產(chǎn)具有一定折射率和/或一定光吸收性能的涂層。例如，干涉反射鏡、光束分離器、濾熱器和透熱鏡的涂層。
用于生產(chǎn)這類氧化物涂層的原料是眾所周知的。常用材料是SiO2和寬廣范圍的金屬氧化物，它們還可互相結(jié)合使用?；旧鲜歉鶕?jù)所要求的光學性能和加工性能憑經(jīng)驗進行選擇。通過已知的真空蒸鍍(vacuum vapour deposition)技術(shù)來生產(chǎn)涂層。在德國專利1228489中并由H.A.Macleod在“Fhin Film Op-tical Filters”，A.Hilger Ltd.，Bristol。1986，中給出了示范性說明，它們建議了可供使用的材料、加工技術(shù)以及與其有關(guān)的一些問題。
為了生產(chǎn)光折射率值在1.6～1.9之間的中折射率的涂層，必須限于選擇基本上適用的原料。合適的原料主要有鋁、鎂、釔、鑭、鐠的氧化物;氟化鈰和氟化鑭;以及它們的混合體系。適于中折射率涂層的優(yōu)選原料是氧化鋁。
然而，這些合適的材料具有許多缺點，尤其是從實際加工過程來看這些缺點更為明顯。
一方面，這些物質(zhì)具有高的熔點和沸點，而且這些熔點和沸點又彼此相近。然而，從實際觀點來看，重要的是蒸鍍用材料在開始明顯沉積之前必須完全被熔化。然后，只有這樣才能保證均勻而合適的沉積速率。必需這樣才能在要涂敷的物體上形成均質(zhì)和厚度均勻的涂層。然而，在鎂和釔的氧化物實際應(yīng)用的條件下并不是上述情況，在常規(guī)的生產(chǎn)條件下，這些物質(zhì)不熔化或至少不完全熔化?？偟恼f來，它們難于蒸發(fā)而且產(chǎn)生厚度變化的涂層。
氧化鎂總是形成濕氣容易被包含在其中的多孔涂層，這會使涂層變得不穩(wěn)定。氧化鑭的情況也如此。氟化鈰和氟化鑭也會形成硬度和強度不合適的不均勻涂層。
因此希望通過加入適當?shù)奶砑觿﹣斫档突系娜埸c。而且該添加劑可在一定范圍內(nèi)改變和調(diào)節(jié)所得涂層的折射率。
為此目的而選擇的適當添加劑必須滿足不吸收光的要求。因此，只有那些在近紅外線和從可見光譜范圍直到近紫外線波長(約200nm)范圍內(nèi)不吸收光的金屬氧化物才是合適的添加劑。
例如，二氧化鈦、氧化鐠和氧化釹就不適合于上述要求。
盡管上述問題可以通過適當?shù)剡x擇添加劑或選擇合適的某些物質(zhì)的混合物來解決，但在真空蒸鍍技術(shù)中使用混合物體系本身是不理想的。其原因是，混合體系蒸發(fā)通常是不相容的，也就是，在蒸發(fā)過程中它們的組成以及沉積涂層的組成要發(fā)生變化，由此它們的折射率也發(fā)生相應(yīng)的變化。這類典型的實例是氧化鉭/氧化鋁和氧化鉿/氧化鋁混合體系。
本發(fā)明的目的是尋找一種適合于用真空蒸鍍(vacuum vapour deposition)技術(shù)來生產(chǎn)中折射率光學涂層的蒸鍍用材料，這種材料沒有已知材料的那些缺點，并且尤其是用這種材料可以生產(chǎn)出一種具有均質(zhì)組成并在可見光范圍內(nèi)不吸收光的均勻涂層。
所提出的初步設(shè)想是，一種以鑭和鋁的氧化物為基的體系在這方面顯示出較大的意義。
然而，這些氧化物的混合物證明不適合于實際運用，因為它們吸收濕氣并由于不可逆轉(zhuǎn)地變?yōu)闅溲趸锒荒苡糜谡婵照舭l(fā)。
然而，已意外地發(fā)現(xiàn)，一些化學式為La1-xAl1+xO3(其中x＝0～0.84)的化合物十分適合于作為通過真空蒸發(fā)來生產(chǎn)中折射率光學涂層的蒸鍍用材料。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，這些材料可以在真空中蒸發(fā)而不會發(fā)生問題，也不會濺射，并且在真空蒸發(fā)技術(shù)的通常工作條件下很容易地獲得均勻的不吸收光的穩(wěn)定涂層。
因此，本發(fā)明涉及一種通過真空中蒸發(fā)沉積在基體上來生產(chǎn)中折射率光學涂層的蒸鍍用材料，這種材料是一種化學式為La1-xAl1+xO3(其中x＝0～0.84)的化合物。
一種特別優(yōu)選的蒸鍍用材料是一種以化學式La1-xAl1+xO3(其中x＝0～0.6)為特征的化合物。
本發(fā)明還涉及一種適于生產(chǎn)中折射率光學涂層的方法，在該方法中是在真空中將上述類型的蒸鍍用材料沉積鍍敷到基體上。
本發(fā)明的蒸鍍用材料不是兩種氧化物的混合物，而是一種具有離散的、化學計量規(guī)定組成的混合氧化物化合物。在這些化合物中，氧化鑭和氧化鋁的摩爾比為1∶1～1∶11，優(yōu)選1∶1～1∶5。在所有這些混合氧化物化合物中，氧含量是精確化學計量的。
在本發(fā)明的蒸鍍用材料中，在真空蒸發(fā)過程中不釋放氧。該組成的選擇范圍應(yīng)使得，在真空蒸發(fā)技術(shù)的常規(guī)工作條件下很容易形成不吸收光的涂層。還已發(fā)現(xiàn)，所得涂層的光學性能幾乎不受在真空蒸發(fā)過程中氧剩余壓力變化的影響。
這些發(fā)現(xiàn)十分意外而且料想不到。
可以按照下述方法獲得本發(fā)明的蒸鍍用材料，即將鑭和鋁的氧化物按照合適的化學計量比例混合并在高真空和低于其熔點溫度的條件下燒結(jié)該混合物。本發(fā)明也包括了制備本發(fā)明這類蒸鍍用材料的方法。該燒結(jié)產(chǎn)物為堅硬的白色顆粒，在約1800℃的溫度下完全熔化，并能在溫度為2200至2300℃之間和在約為10-4mbar的真空條件下蒸發(fā)。
本發(fā)明的蒸鍍用材料可以已知方法，應(yīng)用在有關(guān)技術(shù)中和常規(guī)工藝條件下常用的真空蒸鍍設(shè)備和裝置中。真空蒸發(fā)不僅可通過熱蒸發(fā)而且也可通過電子束蒸發(fā)而進行。
使用本發(fā)明的材料，可以在任何合適的基體上制備出均質(zhì)的、厚度均勻而具有強粘合力的薄涂層，該涂層特別能抗機械和化學作用。這種涂層具有1.6～1.9的中等折射率，這取決于它的組成和進行測定的光的波長。該涂層在從近紫外線(約200nm)開始，通過可見光區(qū)域，直到近紅外線(約7000nm)的波長范圍內(nèi)具有很高的透射率，特別在可見光波長范圍內(nèi)無吸收光作用。
實施例1制備將下列物質(zhì)51%(重量)的氧化鑭(Ⅲ)和49%(重量)的氧化鋁(Ⅲ)制成粉末狀混合物并將該混合物磨細。選擇該組成以使其能形成一種化學式為La0.5Al1.5O3形式的化合物。
將這些細粒物質(zhì)在1600-1680℃的溫度和高真空(10-4mbar)下燒結(jié)3～8小時。所得白色產(chǎn)物的熔點為1930℃。
實施例2制備將下列物質(zhì)76%(重量)的氧化鑭(Ⅲ)和24%(重量)的氧化鋁(Ⅲ)制成粉末狀混合物并將該混合物磨細。選擇該組成以使其能形成一種化學式為LaAlO3形式的化合物。
將這些細粒物質(zhì)在1600-1680℃的溫度和高真空(10-4mbar)下燒結(jié)3～8小時。所得白色產(chǎn)物的熔點為1850℃。
實施例3應(yīng)用將在實施例1中得到的細粒物質(zhì)加入一個銅蒸發(fā)坩堝中，并將其放入一臺市售的以電子束蒸發(fā)的真空蒸鍍設(shè)備中。
被涂敷的基體是石英或玻璃。
在2200～2300℃的溫度、2×10-4mbar的氧剩余壓力、250℃的基體溫度和0.4nm/sec的沉積速率下進行涂敷，直到涂層厚度達到250nm。
該涂層在波長為500nm處的折射率n＝1.7。該涂層在從可見光區(qū)域直到波長約200nm的范圍內(nèi)都沒有吸收光的作用。
將實施例2得到的細粒物質(zhì)進行類似處理得到了一種在波長為500nm處折射率n＝1.8的涂層。
權(quán)利要求
1.通過真空蒸鍍法在基體上制備中折射率光學涂層的蒸鍍用材料，其特征在于，該材料是一種化學式為La1-xAl1+xO3(其中x=0～0.84)的化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸鍍用材料，其特征在于，該材料是一種化學式為La1-xAl1+xO3(其中x＝0～0.6)的化合物。
3.用于制備權(quán)利要求1和2所述的蒸鍍用材料的方法，其特征在于，將鑭和鋁的氧化物按1∶1～1∶11的摩爾比進行混合，并在高真空和低于其熔點溫度的條件下進行燒結(jié)。
4.將權(quán)利要求1和2的蒸鍍用材料用于制備中折射率的光學涂層。
5.通過真空蒸鍍法在基體上制備中折射率光學涂層的方法，其特征在于，使用根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的蒸鍍用材料進行涂敷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過真空蒸鍍法在基體上制備中折射率光學涂層的蒸鍍用材料。該材料是一種化學式為La
文檔編號C03C17/245GK1083543SQ93107220
公開日1994年3月9日 申請日期1993年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月17日
發(fā)明者M·弗里茲 申請人:默克專利股份有限公司