蓝宝石衬底上SiO,2薄膜的制备工艺与性能研究

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1、摘要蓝宝石所具有的一系列优异性能，决定了它是目前作为中波红外窗口与头罩的最有前途的材料。但是，限于目前的材料制备和加工技术水平，蓝宝石的高温强度大幅度下降，红外透过率也满足不了设计使用要求。因此在蓝宝石表面镀制增透保护涂层就成为满足其在高速、高温下应用的关键技术。氧化硅(Si02)膜具有优良的物理、化学性能，并且与蓝宝石附着良好，非常适合用作提高蓝宝石高温强度及增透涂层。在国外，Si02用作蓝宝石增透保护涂层的研究已经展开，并取得进展：而在国内，这方面的研究还未见报道。本文主要开展了蓝宝石衬底上氧化硅增透

2、保护膜系的设计与制备工艺和性能研究，为将氧化硅用作蓝宝石头罩的增透保护涂层奠定了基础。主要研究成果如下：利用OPFCAD软件在蓝宝石衬底上设计了Si02、SiO#Si等增透保护膜系，并对所设计的膜系进行了结构敏感因子(n，d)及结构偏差分析。设计结果表明，蓝宝石衬底双面镀Si02、Si02／Si等膜系，在3～5p．na波段的平均透过率大于97％，可满足导弹头罩设计和使用的要求。在BMS450型磁控溅射镀膜机上优化出了制备Si02薄膜的工艺参数范围，并揭示了气体流量、射频功率、靶基距、村底温度、溅射气压等参

3、数对薄膜沉积速率的影响规律。利用射频磁控反应溅射法，在蓝宝石试片和半球形头罩上制备出所设计的si02和Si02／Si增透膜系。蓝宝石衬底双面镀Si02膜，在3～59m波段范围内，平均透过率达到96．43％，满足了导弹头罩的设计使用要求。对所制备的Si02薄膜进行了x射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(xRD)分析及高温退火处理。由XPS分析结果可知，薄膜中的si、O元素形成了Si02化合物。XRD分析结果表明，所制各的Si02薄膜结构为非晶态：在800。C以下退火，薄膜的结构没有发生明显的改变，仍为非晶态

4、。关键词：蓝宝石增透保护涂层Si02膜系设计磁控溅射_!ii!；三些查耋三耋玺：：耋磐鲨；銮ABSTRACTSapphirehassuchexcellentpropertiesthatitissuperiortoothercurrentandemergingmaterialsforwindowanddomeapplications．However,thecurrentstatesofproductionandprocessofsapphirearenotverywell．Thec—axiscompress

5、ivestrengthofsapphiredecreasesdramaticallyatelevatedtemperatureandtheopticaltransmissioncannotsarisfythedemandofapplicationanddesign．Inordertomeettheneedforapplicationsofhigh-speedorhigh-temperature，theanti—reflectiveandprotectivefilmsneedtobepreparedonth

6、esapphiresurface．Silicondioxide(Si02)arepromisinganti—reflectivefilmswithgoodphysical，chemicalpropertiesandgoodadhesiontosapphire．GreatprogresshasbeenmadeintheresearchesaboutSi02anti-reflectiveandprotectivefilmsoverseas．ButnodomesticworkhasbeendolieonSi02

7、opticalandprotectivefilms．Researchesofthepapermostlyconcentrateondesignandpreparationofanti-reflectiveandprotectivefilmsofSi02onsapphire．What’Smore，wehavestudiedthepropertiesofthefilms．TheworkisbaseforSi02usedasanti—reflectiveandprotectivecoatingsonsapphi

8、redome．Themaincontentsandresultsarelistedasfollows：WiththehelpofOPFCADsoftware，anti-reflectiveandprotectivefilmsofSi02andSi02／Siaredesignedonthesapphiresubstrateandanalysisofstructuresensitivefactorandvariationaredo