在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種在玻璃球罩內(nèi)外鍍制高增透保護硬膜的方法，利用本發(fā)明可以提高膜層的牢固性能力，實現(xiàn)中紅外光學(xué)波段寬范圍的硬膜鍍制。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：以玻璃球罩為基底，采用公式：G/1.08M3.08H5.08L0.58M/A計算每層膜的光學(xué)厚度值；用光學(xué)真空鍍膜機按公式列表順序和厚度值裝填膜料，將上述M、H、L顆粒狀晶體膜料排布順序依次放入電子槍蒸發(fā)源坩鍋中，將與球罩基底粘接的1.08M層膜料Al2O3鍍制在第一層，在電子槍作用下，形成蒸氣分子，依次附著生長在玻璃球罩基底表面；在真空環(huán)境下，加溫烘烤鍍膜基底，在鍍膜前和鍍膜過程用離子源轟擊基底到鍍膜完成。本發(fā)明解決了在形狀不規(guī)則球罩表面鍍增透膜指標不高和膜層不牢的難題。
【專利說明】在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是屬于光學(xué)薄膜制造領(lǐng)域中，關(guān)于氟鎵玻璃球罩中紅外光學(xué)波段高增透保護硬膜的膜系及其鍍制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前用于空中高速飛行體最前端的球罩(整流罩)通常是形狀不規(guī)則的大尺寸球型罩幾何體。為對付空中飛鳥沙石的撞擊和暴雨雷電等惡劣的氣候環(huán)境，其球罩表面必須鍍制無色差、抗損傷和腐蝕能力強，能在空中惡劣環(huán)境使用長久的高增透保護硬膜。這種高增透保護硬膜增透膜指標高(透過率T > 99%)，不僅要求特定波段(如中紅外3.7~
4.Sum)，還要求膜層非常牢固而且堅硬。該高增透保護硬膜光學(xué)波段須兼顧中遠紅外(3.7~4.Sum),即高增透波段非常的寬，通常在Ium以上，其指標要求又很高，如單面透過率T > 99%。然而現(xiàn)有技術(shù)中涉及紅外寬波段高增透膜可適用的紅外膜料極為稀有，膜系設(shè)計和工藝難度很大。由于球罩基底多為不規(guī)則的球型狀，又在空中高速飛行，使得必須對球罩表層紅外寬波段高增透膜的牢固性有很高的要求。一般，常規(guī)高增透鍍膜技術(shù)僅限于在較小尺寸的平板或微凸/凹材料基底上鍍制單點或波長范圍比較窄，通常帶寬不超過lum，其平面型的基底膜層牢固性也容易解決。目前作為光學(xué)薄膜制造技術(shù)最普通常用的增透膜，高增透范圍較窄，光學(xué)波段大多為可見光和近紅外，鍍制在平整的光學(xué)元件表面，比較容易，而在大體積尺寸球罩中鍍制紅外高增透保護硬膜，不同于普通的增透膜，技術(shù)要求極高，難度非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明飛任務(wù)是提供一種均勻無色差，抗損傷和腐蝕能力強，膜層堅硬牢固，能在空中惡劣環(huán)境使用長久，并能夠滿足形狀不規(guī)則的大尺寸球罩表面鍍制高增透硬膜系的鍍制方法。
`[0004]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達到:一種在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于包括如下步驟，
(1)以玻璃球罩球形玻璃材料為基底，用膜系設(shè)計公式:G/1.08M3.08H 5.08 L
0.58M/A計算每層膜的光學(xué)厚度值，并按上述順序列表，其中，G為氟鎵玻璃材料基底，M為Al2O3膜料，H為SiO膜料，L為MgF2膜料，A為折射率Na=I的空氣介質(zhì)，膜系參考波長λ c=800nm ;用光學(xué)真空鍍膜機按公式列表順序和厚度值裝填膜料，將上述M、H、L顆粒狀晶體膜料排布順序依次放入可旋轉(zhuǎn)的電子槍蒸發(fā)源坩鍋中，然后對光學(xué)膜層粘接打底，將與球罩基底粘接的1.08M層膜料Al2O3鍍制在第一層，各層膜料在電子槍高壓、高溫的電子束作用下，形成蒸氣分子，依次附著生長在玻璃球罩基底表面；
(2)超聲波清洗鍍膜基底，然后放入真空室抽真空，在真空環(huán)境下，加溫烘烤鍍膜基底，采用30°C起始溫度，緩慢升溫至230°C后保溫100~120分鐘，然后進入
(3)考夫曼離子源輔助蒸鍍工藝，在鍍膜前和鍍膜過程用離子源轟擊基底；讓其產(chǎn)生的離子束轟擊基底到鍍膜完成。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果
(I)本發(fā)明以球形氟鎵玻璃材料為基底完成的中紅外寬波段高增透膜的最優(yōu)化膜系設(shè)計和工藝技術(shù)鍍制的高增透硬膜，不僅膜層牢固，膜層均勻無色差，并在3.7~4.8um整個紅外光學(xué)波段同時達到膜層單面平均透過率> 99%，整個寬波段范圍透明無吸收。解決了現(xiàn)有技術(shù)只能在較小尺寸的平板或微凸/凹材料基底上鍍制單一波長或小于Ium波段高增透膜的不足。
[0006](2)利用本發(fā)明可以在形狀不規(guī)則的大尺寸球型罩表面鍍制波段范圍很寬的高增透保護硬膜。由于允許鍍膜工藝中各層膜厚控制有6%以內(nèi)的誤差范圍，可使硬膜產(chǎn)品的成品率提高到接近100%。
[0007](3)本發(fā)明采用的A:球罩基底超聲波清洗工藝，B:考夫曼離子源輔助蒸鍍工藝，C:光學(xué)膜層粘接打底工藝，D:光學(xué)膜層應(yīng)力匹配工藝，E:高低溫退火工藝等專門的工藝技術(shù)。解決了大尺寸球罩中紅外寬波段高增透膜的膜層牢固度和均勻性工藝難題。硬膜產(chǎn)品通過+ 70~一 55°C高低溫沖擊實驗和長期野外及空中飛行實驗證明，膜層堅硬牢固。
[0008](4)膜層對球罩基底具有優(yōu)良的防潮和保護功效。由于硬質(zhì)防潮膜層隔絕了氟鎵玻璃球罩表面與空氣水分的接觸，使高增透膜同時具有對氟鎵玻璃球罩在空氣中防止其進一步腐蝕潮解的保護功能，為球罩在野外惡劣環(huán)境長久使用提供了保證；這種球罩高增透保護硬膜的膜系最外層使用了硬度極高的藍寶石材料(Al2O3),可以保證球罩及其膜層在空中飛行時抗受雷電暴雨和飛鳥沙石等撞擊能力。
【具體實施方式】
[0009]下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。在以下實施例中，
實施例1
首先用光學(xué)薄膜設(shè)計軟件(TFCalc)設(shè)計符合本發(fā)明技術(shù)指標要求的最優(yōu)化膜系。以經(jīng)過光學(xué)加工的氟鎵玻璃球罩球形為基底，在其表面鍍膜，用膜系設(shè)計公式:G/1.08M 3.08H
5.08L 0.58M/A計算每層膜的光學(xué)厚度值，并按順序列表，式中G是折射率為Ne=L 67，代表氟鎵玻璃材料的基底，M是折射率Nm=L 60的Al2O3膜料，H是折射率Nh=L 80的SiO膜料，L是折射率隊=1.38的MgF2膜料，A為折射率Na=I的空氣介質(zhì)，膜系參考波長λ e=800nm。以上Μ、H、L均為純度99.99%的顆粒狀膜料。該膜系從里到外可以是由4層膜組成，按上述公式計算設(shè)計的4層膜各層的光學(xué)厚度值見表1:
表1 (實施例1中根據(jù)膜系公式計算的氟鎵玻璃球罩4層膜光學(xué)厚度理論平均值列表)
【權(quán)利要求】
1.一種在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于包括如下步驟， (1)以玻璃球罩球形玻璃材料為基底，用膜系設(shè)計公式:G/1.08M3.08H 5.08 L0.58M/A計算每層膜的光學(xué)厚度值，并按上述順序列表，其中，G為氟鎵玻璃材料基底，M為Al2O3膜料，H為SiO膜料，L為MgF2膜料，A為折射率Na=I的空氣介質(zhì)，膜系參考波長λ c=800nm ;用光學(xué)真空鍍膜機按公式列表順序和厚度值裝填膜料，將上述M、H、L顆粒狀晶體膜料排布順序依次放入可旋轉(zhuǎn)的電子槍蒸發(fā)源坩鍋中，然后對光學(xué)膜層進行應(yīng)力匹配和粘接打底，將與球罩基底粘接的1.08M層膜料Al2O3鍍制在第一層，各光學(xué)膜層膜料在電子槍高壓、高溫的電子束作用下，形成蒸氣分子，依次附著生長在玻璃球罩基底表面； (2)超聲波清洗鍍膜基底，然后放入真空室抽真空，在真空環(huán)境下，加溫烘烤鍍膜基底，采用30°C起始溫度，緩慢升溫至230°C后保溫100~120分鐘，然后進入 (3)考夫曼離子源輔助蒸鍍工藝，在鍍膜前和鍍膜過程用離子源轟擊基底；讓其產(chǎn)生的離子束轟擊基底到鍍膜完成。
2.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:所述的鍍膜基底超聲波清洗，是將球罩放入盛有乙醇作清洗液的超聲波清洗機內(nèi)，選用中檔位清洗10分鐘，再換用丙酮清洗液清洗10分鐘，用高純氮氣吹干，放入潔凈的真空室載盤架并關(guān)門抽真空待鍍。
3.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于，所述的光學(xué)膜層粘接打底是將與球罩基底粘接的1.08M層膜料(Al2O3)鍍制在第一層。
4.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:所述的光學(xué)膜層應(yīng)力匹配是將上述H、M、L三種膜料按照其檢測到的應(yīng)力性質(zhì)，使壓應(yīng)力膜料和張應(yīng)力膜料交替排布。
5.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:在加溫烘烤基底時，當抽真空到10 — 3Pa數(shù)量級時，從30°C開始加烘烤，每10°C恒溫10分鐘，緩慢升溫至到230°C保溫100~120分鐘，工件旋轉(zhuǎn)100~120轉(zhuǎn)/分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:所述的離子源輔助蒸鍍是在鍍膜前將離子源參數(shù)調(diào)到:屏極電壓700~730V，束流90~100mA，充純度四個9的高純氬氣Ar或氧氣O2，將真空度控制在8 X 10 — 3Pa~9 X 10 — 3Pa之間，用產(chǎn)生的離子束轟擊球罩基底20分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:鍍膜完成后進行高低溫退火工藝，將鍍完膜的球罩自然冷卻到室溫后，再從真空室轉(zhuǎn)移到干燥箱進行退火處理。
8.如權(quán)利要求7所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:退火處理的起始溫度為40°C，每升溫10°C，恒溫10分鐘，溫升到130°C，恒溫8~10小時后降溫，每降溫10°C，恒溫10分鐘，降到常溫40°C，取出檢測待用。
9.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:電子槍高壓燈絲發(fā)射的電子束以270°角度打到膜料上，使膜料蒸發(fā)。
10.如權(quán)利要求1所述的在玻璃球罩上鍍制高增透保護硬膜的方法，其特征在于:按順序完成膜料蒸發(fā):根據(jù)膜系設(shè)計公式從第I到第4層的順序表格計算出的各層膜的光學(xué)厚度值開始鍍膜；光學(xué)厚度值的判斷以石英晶體振蕩膜厚控制儀顯示的各層光學(xué)厚度值為準，石英晶體振蕩膜厚控制儀顯示的各層膜幾何厚度值為計算光學(xué)厚度值的參考，公式各層膜前的系數(shù)是光學(xué)膜厚控制儀`走四分之一波長極值的倍數(shù)值。
【文檔編號】C23C14/30GK103668086SQ201310659021
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】王平秋, 祝冰, 張玉東, 代禮密, 于清, 楊柳, 林莉, 周九林, 曾旺輝 申請人:西南技術(shù)物理研究所