改善蓝宝石高温强度和透过率的镀膜技术研究

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1、摘要蓝宝石具有优异的光学、力学、热学性能，是3～5“m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(Si02)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(Si3N。)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，Si02、Si3N。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。本文主要开展了蕊宝石衬底上增透保

2、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SiOJSi3N4、Si02／Si3N4／Si02增透保护膜系。设计结果表明，蓝宝石衬底上双面镀SiO：／Si3N4、Si02／Si3N4／Si02膜系，在3～5pm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：【，：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

3、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Si02／Si3N4增透膜系。蓝宝石衬底双面镀si02／si丑屯膜系后，在3～51am波段的平均透过率达到92．21％；高温强度试验结果表明，Si02／Si3N4双层膜系明显提高j，试样的高温强度，能满足导弹头罩的设计使用要求。(4)钡4试研究了未镀膜和镀膜蓝宝石试样约高温红外透过率，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

4、都能满足使用要求。关键词：蓝宝石；增透保护膜系；Si02：S[3N4；磁控溅射：透过率；高温强度ABSTRACTSapphireisthebestoneofallinfraredwindowsanddomesmaterialsusedfor3～59mmid-waveinfraredwavebandforitsoptics，mechanicsandcaloriflcsttowever,thestrengthofsapphiredecreasesrapidlyatelevatedtemperatureanditsopticaltransmissioncannotsatisfyth

5、edemandofapplicationsanddesigneither．Themostefficientwaytosolvetheproblemistoprepareanti-reflectiveandprotectivefilmsonsapphire．Silicondioxide(Si02)andsiliconnitride(Si3N4)arepromisinganti-reflectivefilmsforsapphirefortheirgoodphysicalandchemicalpropertiesandgoodadhesiontosapphire．Greatprog

6、resshasbeenmadeintheresearchesaboutSi02andSi3N4anti·reflectiveandprotectivefilmsoverseas，butnodomesticworkhasyetbeendone．Researchesofthispaperconcentratemostlyonthedesignandpreparationofanti-reflectiveandprotectivefilmsonsapphirebasedonSi02andSi3N4，thepreparationprocessingofSi02andSi3N4andt

7、heeffectsoftheprocessingonthepropertiesofthefilms，andthepreparationofSi02andSi3N4onsapphiredomesusedasanti-reflectiveandprotectivecoatingsaswelt．Themaincontentsandresultsareasfollows：(1)WiththehelpofOPFCADsoftware，anti-reflectiveandprotectivefilmsofSi02、