紅外硫系玻璃表面鍍類金剛石薄膜的製備方法與流程

2023-06-10 09:42:11

本發明屬於薄膜製備技術領域，涉及硫系材料鍍類金剛石薄膜（dlc）的製備方法；在軟材質表面鍍高強度硬質薄膜的方法。

背景技術：

紅外鏡頭廣泛運用於國防、軍工、安防、化工、電力、冶金等行業，需要長期面對極其多變的惡劣環境，國內外主流的做法是將鏡頭最外一枚鏡片的外露面鍍上類金剛石薄膜（dlc-diamondlikecarbonfilm），此膜具有高強度、高硬度、較高的穩定性、耐腐蝕、超強的耐摩擦抗損傷能力可以保護整個鏡頭不受惡劣環境的侵害。

目前可製備出類金剛石薄膜的方法太多，包括直流等離子體化學氣相沉積、脈衝電磁感應、微波放電、弧光放電、熱絲cvd、電子迴旋共振等方法均能生長出類金剛石薄膜。然而，廣泛使用於紅外光學鏡片的各種材質中，只有鍺、矽表面才能成功穩定的生長出類金剛石薄膜。鍺折射率在4左右，類金剛石薄膜折射率在2左右，在鍺材質的鏡片表面鍍類金剛石薄膜不僅具有強大的保護功能，在光學性能上還具有良好的增透作用。

許多紅外系統的設計第一枚鏡片的材質並不需要鍺或矽，為了應對苛刻的使用環境必須在系統前再加一枚鍍完類金剛石薄膜的鍺或矽鏡片，從而增加了整個系統的體積和成本還降低了光學性能。因此，能夠在其它材料表面生長出類金剛石薄膜的技術具有廣闊的市場前景，可以使許多紅外光學系統節省一枚鏡片，讓光學系統更靈敏、輕便、小型化。

技術實現要素：

本發明針對紅外鏡片造價昂貴，提出了一種在其它無法直接沉積dlc薄膜的紅外鏡片材質（以廣泛使用的硫系玻璃材質為代表）上沉積出dlc薄膜的製備方法，能使許多紅外系統節省一枚鏡片。

常用紅外波段的材質中僅鍺和矽具有金剛石結構，且本身硬度較高，因此能在其表面生長出穩定的金剛石結構。硫系玻璃類的材質的特點是硬度低易碎，硫系玻璃是有多種硫系材料合成而來，其結構與金剛石結構差異較大，無法在其表面生長出類金剛石薄膜，然而改變其成份，能產生多變的折射率和較低的熱膨脹係數等優點使其廣泛運用於無熱化光學成像系統中。為達到材質較軟的硫系玻璃上鍍高強度抗損傷的類金剛石薄膜，本發明所設計的製備方法是：在硫系玻璃表面鍍一種多層的過渡層結構，通過過渡層即可在實現其表面沉積類金剛石薄膜的需求。

本發明具體方案以硫系材料ig6做基底材料（折射率約2.58）透明波段8~11.5μm為例做詳細說明，運用真空鍍膜pvd技術，並用離子束助鍍，依次在ig6表面鍍厚度為200nm的zns、厚度為246.33nm的ge、厚度為470.7nm的zns、厚度為295.41的ge，再用pecvd技術鍍1493.42nnm的dlc（類金剛石薄膜），即g|znsgeznsgedlc|air，配合另一面做高效增透，8~11.5μm平均透過率能達到92%。

上述材料對應的厚度是根據實際的基板材料和透明波段為需要設計出來，本專利保護範圍：運用硫化鋅和鍺兩種鍍膜材料作為沉積類金剛石（dlc）薄膜的過渡層；鍺作為過渡層的最外層在其表面直接沉積類金剛石薄膜。

本發明經過試驗驗證運用此技術可以在多種基底材料上使用，能大幅增強其抗損傷耐腐蝕能力，膜層光滑堅固穩定，鹽水煮過膠帶拉扯不脫膜。配合基底材料的另一面做高效增透膜，能同時具有優良的光學性能。

圖1是整體結構示意圖。

圖2是紅外光譜透過率曲線。