晶质化SiO2－Al2O3混合氧化物蒸镀材料的制备方法

摘要

一种晶质化SiO2－Al2O3混合氧化物蒸镀材料的制备方法，先置二氧化硅－氧化铝混合氧化物粉体，按重量百分比由SiO2(50％－90％)和Al2O3(10％－50％)组成，将该混合粉体置于真空中频感应炉石墨坩锅中，在真空度≤1×10－2Pa下用中频源感应石墨坩锅加热到1650℃－1750℃，形成SiO2－Al2O3混合氧化物熔融体，对该熔融体通过缓慢沉降冷却，形成预熔融晶质化SiO2－Al2O3混合氧化物蒸镀材料。制备过程中出现的水汽和残留气体采用冷阱捕集器捕集，深冷温度≤－120℃。本发明用高真空中频感应炉感应加热石墨坩埚并缓慢沉降长晶法制备预熔融晶质化SiO2－Al2O3混合氧化物，作为蒸镀高级光学薄膜用的高纯高致密度起始材料。本例可缩短生产周期，节约生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸发镀膜材料的制备方法，特别涉及一种晶质化SiO₂-Al₂O₃混合氧化物蒸镀材料的制备方法。

背景技术

光学镀层应用领域的日益快速发展以及随之对光学薄膜提出更高性能的需求，除了严格控制镀膜工艺外，蒸镀起始材料及其制备技术成为一个十分关键的问题。例如要求蒸镀材料在蒸镀过程中不会有颗粒飞溅，不会逸出气体，并能稳定使用重复性好。为此，高纯度、高致密度、特定折射率的均质蒸镀材料被不断开发应用，特别那些混合氧化物蒸镀材料受到极大重视，如La-Ti、La-Al、Al-Zr系等等。因为，根据折射率大小的预定要求，以及对薄膜的应力状态和良好的环境稳定性要求，可以通过选择混合氧化物的种类和设计混合物的配比来达到，采用一定的工艺技术，制成高堆积密度、高稳定性的蒸镀材料，实现稳定成膜和应用要求的目的。那些混合氧化物大多属于耐熔材料，采用常规的陶瓷烧结工艺难以达到均质致密要求，往往采用热压或热等静压烧结、中频感应烧结、微波烧结或高温高真空烧结等技术，制备成合适的蒸镀起始材料。用这些技术制备的蒸镀材料，在使用中，必须在开始蒸镀之前，在真空镀膜室内让其充分熔融，以防止微小颗粒的飞溅以及消除材料内所含有的残留气体。这无疑延长了镀膜周期，增加了生产成本。因此，最理想的蒸镀材料应当是预先熔融的晶质化材料。所以有人采用陶瓷烧结后，另外再在大功率电子束炉中加热的工艺技术，生产预熔融晶质化蒸镀材料。这种两步法制作技术，增加了蒸镀材料的生产成本。

硅-铝混合氧化物是二氧化硅(SiO₂)和氧化铝(Al₂O₃)按一定配比制成的一种蒸镀材料，熔点约1730℃。SiO₂-Al₂O₃混合氧化物薄膜的折射率与二氧化硅薄膜接近，但它的内应力比二氧化硅薄膜低得多，特别适合于塑料镜片上镀膜，而且其环境稳定性好。传统的硅-铝混合氧化物，通常采用在高温高真空下烧结而成的，是一种陶瓷烧结体，不是预熔融的晶质化材料。因此，在蒸镀前必须先在真空室坩埚中用电子束让其充分熔融，以防止微小颗粒的飞溅以及消除材料内所含有的残留气体，操作繁琐，延长了镀膜周期，增加了生产成本。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种晶质化SiO₂-Al₂O₃混合氧化物蒸镀材料的制备方法。该制备方法可方便地制备预熔融的晶质化SiO₂-Al₂O₃混合氧化物，作为蒸镀高级光学薄膜用的高纯高致密度起始材料，且成本较低和产品质量较高。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种晶质化SiO₂-Al₂O₃混合氧化物蒸镀材料的制备方法，依次按以下步骤：

步骤(1)，配置SiO₂-Al₂O₃混合氧化物粉体，按重量百分比由SiO₂(50％-90％)和Al₂O₃(10％-50％)组成；

步骤(2)，将所述SiO₂-Al₂O₃混合氧化物粉体置于石墨坩锅中，石墨坩锅置于真空中频感应炉中，真空压力≤1×10^-2Pa，用中频感应炉感应加热石墨坩锅，使石墨坩埚感应发热到1650℃-1750℃，热辐射和热传导至SiO₂-Al₂O₃混合氧化物粉体，形成SiO₂-Al₂O₃混合氧化物熔融体；

步骤(3)，对该SiO₂-Al₂O₃混合氧化物熔融体通过石墨坩锅相对加热区缓慢沉降冷却，沉降速度恰可形成预熔融SiO₂-Al₂O₃氧化物晶质化蒸镀材料。

本发明的进一步技术方案是：

所述步骤(2)中的石墨坩埚采用该SiO₂-Al₂O₃混合氧化物粉体直接作为坩锅材料，真空中频感应炉的加热功率使石墨感应受热，并热辐射和热传导至SiO₂-Al₂O₃混合粉体内部使之熔化，形成熔融体；中频感应炉的线圈设有循环水冷却，使靠近坩埚壁的SiO₂-Al₂O₃混合氧化物粉体未被熔化，形成由SiO₂-Al₂O₃原料组成的坩埚壳体。

所述步骤(2)中的中频感应炉用的中频功率电源频率为20KHz-30KHz，使石墨坩锅感应发热到1650℃-1750℃。

所述步骤(3)中脱离加热区的坩埚沉降速度为5-10mm/h。

所述步骤(2)和(3)中所出现的水汽和残留气体，采用冷阱捕集器加以捕集，冷阱捕集器的深冷温度≤-120℃。

该预熔融晶质化SiO₂-Al₂O₃混合氧化物蒸镀材料用作光学镀层时，在500纳米波长处的光学折射率为1.46-1.48，消光系数≤1×10^-4。

本发明的有益效果是：本发明采用中频感应炉感应加热石墨坩埚，使混合氧化物熔融并采用坩埚沉降法，实现晶质化SiO₂-Al₂O₃混合氧化物蒸镀材料的制备。方法简单，成本较低，克服了用以往制备技术生产的SiO₂-Al₂O₃混合氧化物材料蒸镀时所存在的缺点；

本发明制备的晶质化SiO₂-Al₂O₃混合氧化物预熔蒸镀材料，在真空镀膜室坩锅中预先不需要长时间熔融，蒸镀时几乎无水气和气体释放，且蒸镀过程中不产生颗粒飞溅，因而可以制备均质的光学薄膜，重复性好；另外由于不需要长时间预熔，与其它非预熔融蒸镀材料比较，大大缩短预熔时间，因而缩短生产(镀膜)周期，节约生产成本。

附图说明

图1为本发明的制备方法流程图。

具体实施方式

实施例：将按重量比例配制好的SiO₂(50％-90％)和Al₂O₃(10％-50％)混合粉体放入真空中频感应炉石墨坩埚中，在真空压力≤1×10^-2Pa下，中频感应炉使石墨坩埚感应受热，由于热辐射和传导使混合氧化物粉体升温至1650-1750℃并熔融，依靠石墨坩埚缓慢沉降，脱离加热区，熔体的温度也随之逐渐降低，控制沉降速度(此速度为通用技术)形成晶质氧化物预熔融体。为保证预熔融体的高纯度，在整个制备过程中，通过温度达负120摄氏度的冷阱捕集器(装置)，将中频感应炉内的残留气体和水气子等吸附掉，减少对熔体的污染，同时也有效地提高中频感应炉内的真空度，从而获得高致密度、高纯度的预熔融SiO₂-Al₂O₃晶质化蒸镀材料。该材料外观为白色或浅茶色结晶颗粒，纯度99.99％，密度2.22g/cm³。

用本发明制备的蒸镀材料适用于各类光学薄膜的沉积，用该预熔融晶质化蒸镀材料沉积的光学镀层，在500纳米波长处，折射率为：1.46-1.48，消光系数≤1×10^-4。此材料具有“弹性”特性，尤其在塑料镜片上成膜具有高耐久性和密着性，不会发生龟裂。