改善蓝宝石高温强度和透过率的镀膜技术研究

摘要

蓝宝石具有优异的光学、力学、热学性能，是3～5μm中波红外窗口的优选材料。但温度升高时，蓝宝石的强度急剧下降，红外透过率也满足不了设计使用要求。在蓝宝石表面镀制增透保护涂层成为其满足高速、高温下使用要求的有效途径。氧化硅(SiO2)膜具有优良的物理、化学性能，且与蓝宝石附着良好，适合用作提高蓝宝石高温强度的红外增透保护涂层；氮化硅(Si3N4)薄膜具有优异的光电、机械性能，也与蓝宝石附着良好，适合用作提高蓝宝石高温强度的保护涂层。在国外，SiO2、Si3N4薄膜用作蓝宝石增透保护涂层的研究已经取得了一定进展；在国内，这方面的研究还未见报道。本文主要开展了蓝宝石衬底上增透保护膜系的设计；氧化硅、氮化硅薄膜的制备工艺及其对薄膜结构、性能的影响规律的研究；氧化硅、氮化硅薄膜用作蓝宝石头罩增透保护涂层的制备研究。主要研究成果如下：(1)利用OPFCAD软件在蓝宝石衬底上设计了SiO2/Si3N4、SiO2/Si3N4/SiO2增透保护膜系。设计结果表明，蓝宝石衬底上双面镀SiO2/Si3N4、SiO2/Si3N4/SiO2膜系，在3～5μm波段平均透过率大于97﹪，可满足导弹头罩设计和使用的要求。 (2)在BMS450型磁控溅射镀膜机上优化了制备Si3N4薄膜的工艺参数，获得了主要工艺参数对沉积速率的影响规律。对所制备的Si3N4薄膜进行了X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(XRD)分析，结果表明所制备的薄膜为非晶Si3N4薄膜。 (3)利用射频磁控反应溅射法，在蓝宝石上镀制了所设计的SiO2/Si3N4增透膜系。蓝宝石衬底双面镀SiO2/Si3N4膜系后，在3～5μm波段的平均透过率达到92.21﹪；高温强度试验结果表明，SiO2/Si3N4双层膜系明显提高了试样的高温强度，能满足导弹头罩的设计使用要求。 (4)测试研究了未镀膜和镀膜蓝宝石试样的高温红外透过率，随着温度的升高，未镀膜和镀膜蓝宝石试样的透过率都有所下降。 (5)进行了蓝宝石头罩镀膜工艺研究，在蓝宝石头罩上成功制备出增透膜系，单面镀膜后平均透过率和均匀性都能满足使用要求。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章膜系设计与分析

第3章工艺实验方法和内容

第4章实验结果与分析

4.1薄膜形成的工艺条件

4.2工艺参数对沉积速率的影响规律

4.3 Si3N4薄膜的成分分析

4.4 Si3N4薄膜的结构分析

4.5薄膜的折射率

4.6镀膜后蓝宝石的红外光学性能

4.7镀膜后蓝宝石的力学性能

4.8蓝宝石高温透过率

4.9蓝宝石头罩镀膜分析

4.10本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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