本發(fā)明涉及一種玻璃深加工領(lǐng)域，特別是涉及一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法。

背景技術(shù)：

硫系玻璃是指以元素周期表via族中s，se，te為主并引入一定量的其它類金屬元素所形成的玻璃，在紅外波段具有優(yōu)良的透過(guò)性能和極佳的溫度特性，是紅外光學(xué)系統(tǒng)熱差和色差校正的理想材料。硫系玻璃具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

a)與其它的紅外材料相比，硫系玻璃的折射率溫度系數(shù)較小，在消除光學(xué)系統(tǒng)熱像差即實(shí)現(xiàn)被動(dòng)無(wú)熱化設(shè)計(jì)方面效果顯著；

b)紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硫系玻璃非常適合做正透鏡使用，與其它紅外光學(xué)材料的匹配性優(yōu)異，能減少元件數(shù)量、提升光學(xué)系統(tǒng)成像性能；

c)較晶體紅外材料而言，硫系玻璃制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易獲得，成本較低。

硫系玻璃被視為新一代溫度自適應(yīng)紅外光學(xué)系統(tǒng)核心透鏡材料，可滿足精確制導(dǎo)武器、戰(zhàn)艦導(dǎo)航以及車載夜視等高端紅外成像系統(tǒng)的配套需求。但硫系玻璃自身的硬度小，強(qiáng)度低，承受復(fù)雜外界環(huán)境能力差，因此在工程應(yīng)用中必須通過(guò)鍍膜以提高表面硬度和耐摩擦磨損性能。同時(shí)厚度為2mm的硫系玻璃在2-13μm的平均透過(guò)率在60-68％之間，透過(guò)率無(wú)法滿足光學(xué)設(shè)計(jì)要求，須通過(guò)在表面鍍制增透膜進(jìn)一步提高硫系玻璃的透過(guò)率。

類金剛石膜(簡(jiǎn)稱dlc)具有硬度高、紅外透過(guò)波段寬、抗摩擦磨損性能強(qiáng)，抗潮、抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)低溫沉積等優(yōu)點(diǎn)，作為硫系玻璃窗口表面增透防護(hù)膜應(yīng)用于熱成像光學(xué)系統(tǒng)，以提高紅外窗口耐磨損，耐化學(xué)腐蝕和紅外透過(guò)率，使紅硫系玻璃可以用在成像系統(tǒng)的最外面。為了同時(shí)解決硫系玻璃自身強(qiáng)度差，抗風(fēng)沙，抗化學(xué)腐蝕能力弱和自身透過(guò)率較低的問(wèn)題，可以在多層增透膜表面鍍dlc。目前，最常用的紅外類金剛石膜制備方式為pecvd法，但是，在實(shí)際沉積過(guò)程中，pecvd陰極板在離子的不斷轟擊成膜過(guò)程中，溫度升高到300℃以上，而硫系玻璃的轉(zhuǎn)變溫度很低(ig6,as40se60僅為185±5℃)，導(dǎo)致鍍膜過(guò)程中硫系玻璃變形，表面出現(xiàn)明顯褶皺，嚴(yán)重改變加工參數(shù)，使基片失效。同時(shí)，受硫系玻璃(12.6-14.7)×10^-6k^-1和dlc(2-5)×10^-6k^-1兩者間熱膨脹系數(shù)不匹配的影響，高溫使得硫系玻璃基體膨脹遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在其表面沉積的dlc，而降溫過(guò)程中，硫系玻璃的收縮也遠(yuǎn)大于dlc，會(huì)在硫系玻璃和dlc膜間產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力，導(dǎo)致dlc膜崩裂或產(chǎn)生褶皺，無(wú)法沉積在硫系玻璃表面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，提供一種新型的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使其提高硫系玻璃的紅外透過(guò)率和表面防護(hù)性能，從而更加適于實(shí)用。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其包括:

1)清洗硫系玻璃基片，抽真空；

2)采用電子束蒸發(fā)法在所述的硫系玻璃基片上制備增透膜；

3)利用磁控濺射法在所述的增透膜上鍍制類金剛石膜。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟2)的真空度小于3×10^-3pa，鍍膜溫度低于所述硫系玻璃基片的轉(zhuǎn)變溫度。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟3)包括：抽真空至3×10^-3pa以下，通入工作氣體，采用間隙式鍍膜方式鍍制類金剛石膜層，鍍膜溫度低于所述硫系玻璃基片的轉(zhuǎn)變溫度。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟3)的靶材為高純石墨；工作壓力為0.1-50pa，沉積功率為10-5000w，靶基距為2-50cm。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟3)的工作氣體為氬氣、氬氣和碳?xì)錃怏w混合氣、氬氣和氫氣混合氣中的一種。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其包括：

硫系玻璃基片；

第一增透膜層，附著在所述的硫系玻璃基片的一側(cè)；

類金剛石膜層，附著在所述的第一增透膜層；

第二增透膜層，附著在所述的硫系玻璃基片的另一側(cè)。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的第一增透膜和類金剛石膜之間為鍺膜。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的第一增透膜層和第二增透膜層為一層或多層。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的類金剛石膜層的厚度小于等于500nm。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的硬度為6-15gpa。

借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明先在硫系玻璃表面沉積增透膜系，增透膜系最后一層為鍺膜，然后在鍺膜上鍍制類金剛石膜(dlc)，鍺膜作為過(guò)渡膜能夠提高膜系附著性能，本發(fā)明能夠提高硫系玻璃的透過(guò)率和物理防護(hù)性能，樣品通過(guò)國(guó)軍標(biāo)和美軍標(biāo)中的環(huán)境測(cè)試；

(2)本發(fā)明增透膜和dlc的沉積過(guò)程中把溫度控制在硫系玻璃轉(zhuǎn)變溫度(185℃)以下，不顯著改變硫系玻璃加工面形，不發(fā)生褶皺和非鍍膜面燒蝕現(xiàn)象；

(3)本發(fā)明的制備方法，根據(jù)溫升和膜厚設(shè)計(jì)要求，采用間歇式鍍膜方式，制備得到表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃具有機(jī)械強(qiáng)度高(6-15gpa)，耐磨性能好，紅外光學(xué)特性優(yōu)良，適合于在大面積的光學(xué)硫系玻璃透鏡表面鍍制dlc等優(yōu)點(diǎn)。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1硫系玻璃基片和表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的紅外透過(guò)率曲線；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2提供的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。在下述說(shuō)明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其包括:

1)用酒精和乙醚的混合液體清洗硫系玻璃基片，放在鋁制套環(huán)內(nèi)，放到電子束蒸發(fā)設(shè)備的真空室內(nèi)，關(guān)閉真空室，抽真空；

2)采用電子束蒸發(fā)法在所述的硫系玻璃基片上制備增透膜，當(dāng)真空度達(dá)到3×10^-3pa以下時(shí)，打開(kāi)電子槍，在晶控儀或光控儀的檢測(cè)下，按照膜系設(shè)計(jì)開(kāi)始鍍膜，最后一層為鍺膜；鍍膜溫度控制在185℃(硫系玻璃轉(zhuǎn)變溫度)以下，避免高溫使基片變形；鍍膜完成后，通過(guò)20-40分鐘降溫，取出基片，放入磁控濺射真空室；

3)采用磁控濺射設(shè)備在所述的增透膜上鍍制dlc，當(dāng)真空度達(dá)到3×10^-3pa以下時(shí)，通入工作氣體，在低功率下預(yù)濺射10-15分鐘，調(diào)至工作功率，穩(wěn)定5-10分鐘，打開(kāi)靶材和樣品臺(tái)之間的擋板，開(kāi)始鍍膜；采用間隙試鍍膜，溫度控制在185℃(即硫系玻璃轉(zhuǎn)變溫度)以下；膜厚根據(jù)鍍膜時(shí)間控制；鍍膜完成后，降溫，得到表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃。

其中，步驟3)的靶材為高純石墨；工作壓力為0.1-50pa，沉積功率為10-5000w，靶基距為2-50cm；工作氣體為氬氣、氬氣和碳?xì)錃怏w混合氣、氬氣和氫氣混合氣中的一種。

如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其包括：

硫系玻璃基片1；

第一增透膜層2，附著在所述的硫系玻璃基片1的一側(cè)；

類金剛石膜層3，附著在所述的第一增透膜層2；

第二增透膜層3，附著在所述的硫系玻璃基片1的另一側(cè)。

其中，第一增透膜層中的鍺膜與dlc連接，鍺膜作為第一增透膜層和dlc之間的過(guò)渡層。

表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的硬度在6-15gpa范圍內(nèi)。

實(shí)施例1

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，選取ig6(as40se60)玻璃為硫系玻璃基片，用滴入酒精和乙醚混合液的無(wú)塵布擦拭：所述硫系玻璃基片為平面片狀，尺寸為所述硫系玻璃基片在1μm-11μm的透過(guò)率≥61％，上述硫系玻璃基片的密度4.63g·cm^-3，玻璃轉(zhuǎn)變溫度185±5℃。

將硫系玻璃基片放入電子束蒸發(fā)設(shè)備，烘烤溫度設(shè)在80℃，保溫30分鐘，采用霍爾源進(jìn)行離子清洗10分鐘，繼續(xù)進(jìn)行鍍膜能量輔助，在晶控儀的檢測(cè)下，在硫系玻璃基片上鍍制第一增透膜，第一增透膜的種類及厚度依次為ge(203.21nm)、zns(499.32nm)、ge(240.83nm)、zns(23.49nm)、ybf3(899.99nm)、ge(50nm)，鍍膜完成后冷卻30分鐘取出鍍有增透膜的硫系玻璃基片。

將上述鍍有增透膜的硫系玻璃基片放在磁控濺射設(shè)備的樣品臺(tái)上，關(guān)閉樣品臺(tái)和靶材之間的擋板，將真空室壓力抽至3×10^-3pa，向真空室充入高純氬氣和氫氣的混合氣體至6.5×10^-1pa；調(diào)節(jié)射頻功率為50w，預(yù)濺射10分鐘，然后將射頻功率調(diào)到80w，采用間歇式鍍膜，鍍制5分鐘后關(guān)閉擋板，冷卻5分鐘后，打開(kāi)擋板，繼續(xù)鍍制5分鐘，這樣往復(fù)2次，總共鍍制時(shí)間為10分鐘，完成鍍制。冷卻30分鐘后取出。

采用電子束蒸發(fā)法在硫系玻璃基片的另一側(cè)鍍制第二增透膜，第二增透膜的種類及厚度依次為ybf3(120nm)、zns(801nm)、ybf3(1082nm)、zns(147nm)。

如圖1所示，實(shí)施例1制得的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其結(jié)構(gòu)為：

硫系玻璃基片1；

第一增透膜2，其依次包括：ge(203.21nm)、zns(499.32nm)、ge(240.83nm)、zns(23.49nm)、ybf3(899.99nm)、ge(50nm)六層；

類金剛石膜3，其厚度為200nm；

第二增透膜4，其依次包括：ybf3(120nm)、zns(801nm)、ybf3(1082nm)、zns(147nm)

如圖2所示，曲線4和曲線5分別為表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃和硫系玻璃基片的紅外透過(guò)曲線，本實(shí)施例的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃在8-12μm的平均透過(guò)率為75.3％，硬度為8gpa。

實(shí)施例2

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，選取ig5(ge26sb40se60)玻璃，其厚度在4mm時(shí)的透過(guò)范圍為0.8-15μm，在1-12μm的透過(guò)率≥66％，在12-14μm透過(guò)率≥60％。

將上述ig5玻璃加工成厚度為2.0mm，外徑為40.0mm的球面透鏡作為硫系玻璃基片；所述硫系玻璃基片的光圈n＝3，△n＝0.5′；用滴入酒精和乙醚混合液的無(wú)塵布擦拭。

將硫系玻璃基片放入電子束蒸發(fā)設(shè)備，烘烤溫度設(shè)在80℃，保溫30分鐘，采用霍爾源進(jìn)行離子清洗10分鐘，繼續(xù)進(jìn)行鍍膜能量輔助，在晶控儀的檢測(cè)下，在硫系玻璃基片上鍍制第一增透膜，第一增透膜的種類及厚度依次為ge(176.44nm)、zns(563.26nm)、ge(223.48nm)、zns(37.01nm)、ybf3(899.95nm)、ge(50nm)，鍍膜完成后冷卻30分鐘取出附著增透膜的硫系玻璃基片。

將上述鍍完第一增透膜的硫系玻璃基片放在磁控濺射設(shè)備的樣品臺(tái)上，關(guān)閉樣品臺(tái)和靶材之間的擋板，將真空室壓力抽至3×10^-3pa，向真空室充入高純氬氣和甲烷的混合氣體至6.5×10^-1pa；調(diào)節(jié)射頻功率為50w，預(yù)濺射10分鐘，然后將射頻功率調(diào)到270w，采用間歇式鍍膜，鍍制5分鐘后關(guān)閉擋板，冷卻5分鐘后，打開(kāi)擋板，繼續(xù)鍍制5分鐘，這樣往復(fù)2次，總共鍍制時(shí)間為10分鐘，完成鍍制。冷卻30分鐘后取出。

采用電子束蒸發(fā)法在硫系玻璃基片的另一側(cè)鍍制第二增透膜，第二增透膜的種類及厚度依次ge(73.93nm)、zns(632.99nm)、ge(60.09nm)、zns(634.14nm)、ybf3(934.63nm)、zns(207.77nm)。

如圖3所示，實(shí)施例2制得的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其結(jié)構(gòu)為：

硫系玻璃基片1；

第一增透膜2，其依次包括：ge(176.44nm)、zns(563.26nm)、ge(223.48nm)、zns(37.01nm)、ybf3(899.95nm)、ge(50nm)六層；

類金剛石膜3，其厚度為200nm；

第二增透膜4，其依次包括：ge(73.93nm)、zns(632.99nm)、ge(60.09nm)、zns(634.14nm)、ybf3(934.63nm)、zns(207.77nm)。

表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃在8-12μm的平均紅外透過(guò)率為75.5％，硬度為10gpa。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。