本發(fā)明涉及一種以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜及其制備方法，屬于膜制造領(lǐng)域領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

硫系紅外玻璃是新興的紅外鏡片材料，和一般的紅外材料相比，這類材料的軟化溫度較低，熱膨脹系數(shù)較大，在硫系玻璃上鍍膜很容易脫落，特別是鍍dlc膜，目前國(guó)內(nèi)業(yè)界還沒(méi)有在硫系紅外玻璃上鍍dlc膜的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中硫系紅外玻璃上鍍膜難的缺陷，本發(fā)明提供一種以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜，包括硫系紅外玻璃基底層、dlc膜層、以及設(shè)在硫系紅外玻璃基底層和dlc膜層之間的粘結(jié)層，粘結(jié)層包括相互交替的znse層和ge層，znse層有2-5層。

上述dlc膜可達(dá)到平均反射率小于1.2％的單面反射率。

硫系玻璃是指以元素周期表中硫族元素se等為主并引入一定量的其它類金屬元素所形成的硫系紅外玻璃，本申請(qǐng)優(yōu)選的硫系紅外玻璃基底層所用玻璃為是湖北新華光信息材料有限公司生產(chǎn)的硫系玻璃，玻璃牌號(hào)包括irg202、irg204、irg205、irg206等。

為了保證所得產(chǎn)品的增透效果和粘結(jié)效果，增透dlc膜的增透波段為8-12微米。

為了保證所得產(chǎn)品的增透效果和粘結(jié)效果，硫系紅外玻璃基底層與znse層相鄰；ge層與dlc膜層相鄰。

本申請(qǐng)相鄰指所提及兩層相接觸、相貼合，之間沒(méi)有其他物質(zhì)。

上述以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜，包括順序相接的硫系紅外玻璃基底層、第一znse層、第一ge層、第二znse層、第二ge層、第三znse層、第三ge層和dlc膜層。

上述采用三種材料交替蒸鍍的方法總層數(shù)為7層，可達(dá)到平均反射率小于1.2％(國(guó)外的指標(biāo)是1.5％)的單面反射率，其中粘結(jié)層(即：前6層)的材料選取及膜系設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，直接影響著膜層之間的附著力和增透效果。

為了進(jìn)一步保證以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜的力學(xué)性能和增透效果，第一znse層、第二znse層和第三znse層的厚度依次遞減，優(yōu)選，從第一znse層到dlc膜層，各層的物理厚度依次為400±5nm、242±5nm、246±5nm、177±5nm、180±5nm、400±5nm和1285±5nm；硫系紅外玻璃基底層的厚度為2-10mm。

為了提高所得膜層的增透效果，以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜，包括zns層、第一yf3層、第一znse層、第二yf3層、第二znse層、硫系紅外玻璃基底層、第一znse層、第一ge層、第二znse層、第二ge層、第三znse層、第三ge層和dlc膜層，其中，zns層的厚度為200±5nm、第一yf3層的厚度為1046±5nm、第一znse層的厚度為296±5nm、第二yf3層的厚度為105±5nm、第二znse層的厚度為865±5nm。

上述以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜的制備方法，依次在硫系紅外玻璃基底層上制作粘結(jié)層和dlc膜層，粘結(jié)層的制備采用含有離子源的鍍膜機(jī)在真空狀態(tài)下進(jìn)行鍍膜，起始真空度為(1±0.1)×10^-3pa，溫度為100±5℃；離子源的加速電壓為200±10v，屏極電壓為400±10v，束流為40±5ma。

本申請(qǐng)優(yōu)選采用南光1100型鍍膜機(jī)(為現(xiàn)有市售設(shè)備)，其主要由膜厚控制儀、離子源、真空室和蒸發(fā)系統(tǒng)組成。膜厚控制系統(tǒng)分為光控和晶控兩部分，其中晶控采用了進(jìn)口的mdc360控制儀，是利用石英晶體振蕩頻率變化來(lái)測(cè)量薄膜質(zhì)量厚度的，采用光控法控制光學(xué)厚度，同時(shí)采用晶控法控制蒸發(fā)速率。離子源采用中國(guó)科學(xué)院北京空間研究所研制的考夫曼離子源，通過(guò)合理控制離子能量，可以提高沉積薄膜的致密度，改善光學(xué)和機(jī)械性能。真空室靠機(jī)械泵和擴(kuò)散泵系統(tǒng)相互配合來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)要求的真空度，用熱電偶計(jì)對(duì)真空度進(jìn)行測(cè)量。

蒸發(fā)前，對(duì)基底進(jìn)行2min的轟擊，目的是清潔基片，提高凝聚系數(shù)，加強(qiáng)膜層的附著力。在膜層沉積的過(guò)程中，使用考夫曼離子源基于離子對(duì)沉積粒子的動(dòng)量轉(zhuǎn)換，提高沉積粒子的動(dòng)能和沉積粒子的遷移率，增加聚集密度，改善結(jié)構(gòu)完整性和應(yīng)力匹配，從而提高了膜層的性能和使用時(shí)間。

為了提高控制的準(zhǔn)確性和所得膜的增透性能和力學(xué)新性能，ge的蒸發(fā)速率為0.2±0.01nm/s、znse的蒸發(fā)速率為0.4±0.01nm/s(雙面znse的蒸發(fā)速率一致)、yf3的蒸發(fā)速率為0.6±0.01nm/s。

dlc膜層在fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備中制備，將已經(jīng)鍍了粘接層的硫系紅外玻璃基底層用乙醇乙醚(體積比為2：8)混合液擦拭干凈后，置于fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備的下極板，將fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備抽真空至小于1.5×10^-2pa，通入ar氣，保持氣體壓力3.3pa～4pa，功率200w，清洗已經(jīng)鍍了粘接層的硫系紅外玻璃基底層5±1min；然后通入甲烷，在甲烷流量為40sccm～50sccm、工作壓力為7pa～20pa、功率為700±10w的條件下沉積dlc(類金剛石硬碳膜，由射頻源電離混合氣體后甲烷分解出的碳原子沉積成以金剛石sp3鍵為主的dlc膜)30±5min，然后關(guān)閉電源，冷卻30±5min鐘后，即得以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜層。

dlc成膜設(shè)備優(yōu)選采用fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備(為現(xiàn)有市售設(shè)備)，主要由鍍膜室、靶電極、射頻電源及控制電源、樣品轉(zhuǎn)臺(tái)；泵抽系統(tǒng)、真空測(cè)量系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；電控系統(tǒng)；水冷卻系統(tǒng)等組成。真空室靠機(jī)械泵和分子泵系統(tǒng)相互配合來(lái)獲得要求的真空度，用一支電阻規(guī)和一支電離規(guī)對(duì)真空度進(jìn)行測(cè)量。裝置采用上下極板電容耦合的方式，上下極板直徑比為9/4，極板間距65mm，激勵(lì)電源為頻率13.56mhz、功率2kw的射頻源。

本發(fā)明給出了一種在鍺硒砷硫系紅外玻璃的表面蒸鍍紅外以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜的制備方法，使膜層在具備dlc(類金剛石膜)耐刮擦性能的同時(shí)具備了增透膜的效果，還可以解決直接在此類玻璃上鍍dlc膜膜層的附著力難題。

本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜，具有優(yōu)異的增透效果、耐溫性能、機(jī)械強(qiáng)度和附著力，且制備簡(jiǎn)單、易操作。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1所得以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜的單面反射率；

圖2為實(shí)施例1所得以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例3所得膜的光譜檢測(cè)曲線圖；

圖中，1硫系紅外玻璃基底層、2第一znse層、3第一ge層、4第二znse層、5第二ge層、6第三znse層、7第三ge層、8dlc膜層。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

各例中，粘結(jié)層的制備采用南光1100型鍍膜機(jī)(為現(xiàn)有市售設(shè)備)，其主要由膜厚控制儀、離子源、真空室和蒸發(fā)系統(tǒng)組成。膜厚控制系統(tǒng)分為光控和晶控兩部分，其中晶控采用了進(jìn)口的mdc360控制儀，是利用石英晶體振蕩頻率變化來(lái)測(cè)量薄膜質(zhì)量厚度的，采用光控法控制光學(xué)厚度，同時(shí)采用晶控法控制蒸發(fā)速率。離子源采用中國(guó)科學(xué)院北京空間研究所研制的考夫曼離子源，通過(guò)合理控制離子能量，可以提高沉積薄膜的致密度，改善光學(xué)和機(jī)械性能。真空室靠機(jī)械泵和擴(kuò)散泵系統(tǒng)相互配合來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)要求的真空度，用熱電偶計(jì)對(duì)真空度進(jìn)行測(cè)量。蒸發(fā)前，對(duì)基底進(jìn)行2min的轟擊，目的是清潔基片，提高凝聚系數(shù)，加強(qiáng)膜層的附著力。在膜層沉積的過(guò)程中，使用考夫曼離子源基于離子對(duì)沉積粒子的動(dòng)量轉(zhuǎn)換，提高沉積粒子的動(dòng)能和沉積粒子的遷移率，增加聚集密度，改善結(jié)構(gòu)完整性和應(yīng)力匹配，從而提高了膜層的性能和使用時(shí)間。

dlc膜的制備采用fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備(為現(xiàn)有市售設(shè)備)，主要由鍍膜室、靶電極、射頻電源及控制電源、樣品轉(zhuǎn)臺(tái)；泵抽系統(tǒng)、真空測(cè)量系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；電控系統(tǒng)；水冷卻系統(tǒng)等組成。真空室靠機(jī)械泵和分子泵系統(tǒng)相互配合來(lái)獲得要求的真空度，用一支電阻規(guī)和一支電離規(guī)對(duì)真空度進(jìn)行測(cè)量。裝置采用上下極板電容耦合的方式，上下極板直徑比為9/4，極板間距65mm，激勵(lì)電源為頻率13.56mhz、功率2kw的射頻源。

實(shí)施例1中硫系紅外玻璃基底層所用玻璃牌號(hào)為irg202，實(shí)施例2中硫系紅外玻璃基底層所用玻璃牌號(hào)為irg206。

實(shí)施例1

一種以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜，包括順序相接的硫系紅外玻璃基底層、第一znse層、第一ge層、第二znse層、第二ge層、第三znse層、第三ge層和dlc膜層。從第一znse層到dlc膜層，各層的物理厚度依次為400nm、242nm、246nm、177nm、180nm、400nm、1285nm，硫系紅外玻璃基底層的厚度為8mm。增透dlc膜的增透波段為8-12微米。

上述以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜的制備方法，依次在硫系紅外玻璃基底層上制作粘結(jié)層和dlc膜層，粘結(jié)層的制備采用含有離子源的鍍膜機(jī)在真空狀態(tài)下進(jìn)行鍍膜，起始真空度為1×10^-3pa，溫度為100℃；離子源的加速電壓為200v，屏極電壓為400v，束流為40a。ge的蒸發(fā)速率為0.2nm/s、znse的蒸發(fā)速率為0.4nm/s。

dlc膜層在fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備中制備，將已經(jīng)鍍了粘接層的硫系紅外玻璃基底層用乙醇乙醚(v乙醇：v乙醚2:8)混合液擦拭干凈后，置于fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備的下極板，將fjl600型高真空硬碳膜鍍膜設(shè)備抽真空至小于1.5×10^-2pa，通入ar氣，保持氣體壓力3.8pa，功率200w，清洗已經(jīng)鍍了粘接層的硫系紅外玻璃基底層5min；然后通入甲烷，在甲烷流量為45sccm、工作壓力為14pa、功率為700w的條件下沉積dlc(類金剛石硬碳膜)30min，然后關(guān)閉電源，冷卻30min鐘后，即得以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜層，也即得到以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜。

如圖1所示，采用美國(guó)pe公司的spectrum100分光光度計(jì)對(duì)所得以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜的單面反射率進(jìn)行了測(cè)試，得到的光譜曲線達(dá)到了設(shè)計(jì)要求(ravg＜1.2％)。

實(shí)施例2

一種以硫系紅外玻璃為基底的增透dlc膜，包括順序相接的硫系紅外玻璃基底層、第一znse層、第一ge層、第二znse層、第二ge層、第三znse層、第三ge層、第四znse層、第四ge層和dlc膜層。從第一znse層到dlc膜層，各層的物理厚度依次為400nm、242nm、246nm、177nm、180nm、400nm、150nm、365nm、1285nm，硫系紅外玻璃基底層的厚度為5mm。增透dlc膜的增透波段為8-12微米。

制備方法同實(shí)施例1。

實(shí)施例3

上述增透加dlc的膜層是鍍?cè)诹蛳挡Ａ哥R的凸面，主要起到抗劃傷抗沙塵的作用，而在硫系玻璃透鏡的另一面還要鍍?cè)鐾改?，以提高透鏡的整體透過(guò)率。硫系玻璃上鍍?cè)鐾改ひ环矫嬉鸬皆鐾傅淖饔?，同時(shí)也需要解決膜層的牢固度問(wèn)題，在實(shí)施例1所得的增透dlc膜的另一面按照g/h/l/h/l/m/a的順序，增加增透層，其中，g代表玻璃，h代表znse，l代表yf3，m代表zns，a代表空氣，各膜層h/l/h/l/m(從硫系紅外玻璃層到空氣層)的物理厚度依次分別為：865nm，105nm，296nm，1046nm，200nm，其中，znse的蒸發(fā)速率為0.4nm/s、yf3的蒸發(fā)速率為0.6±0.01nm/s。

在8-12微米波段的單面反射的平均反射率可以達(dá)到小于1％，一面鍍?cè)鐾稿兡ち硪幻驽冊(cè)鐾讣觗lc膜之后的平均透過(guò)率大于等于92％。光譜檢測(cè)曲線如圖3所示。

對(duì)上述各例(實(shí)施例1-3)所得膜進(jìn)行如下性能測(cè)試，測(cè)試參照標(biāo)準(zhǔn)為gjb2485-95光學(xué)膜層通用規(guī)范，具體結(jié)果如下：

(1)高低溫測(cè)試：包裝情況下，將鍍膜樣片放入高低溫實(shí)驗(yàn)箱中(此高低溫實(shí)驗(yàn)箱的升溫和降溫速度均小于2℃/min)，分別在(一62±2)℃的低溫中保持2h，在(70±2)℃的高溫中保持2h，膜層均無(wú)起皮、起泡、裂紋、脫膜等現(xiàn)象。

(2)耐磨強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：在橡皮摩擦頭外裹2層干燥脫脂紗布，保持9.8n壓力下順著同一軌跡對(duì)膜層進(jìn)行摩擦，往返40次，膜層均無(wú)擦痕等損傷。

(3)附著力實(shí)驗(yàn)：用寬為2cm，剝離強(qiáng)度i>2.94n/cm的膠帶紙粘牢在膜層表面，將膠帶紙從零件的邊緣朝表面的垂直方向迅速拉起10次后，膜層均無(wú)脫落、無(wú)損傷。

(4)浸泡試驗(yàn)：將樣品完全浸入蒸餾水或去離子水中，96小時(shí)后膜層均不出現(xiàn)新的起皮、剝離、裂紋、起泡等缺陷。