光学镀膜材料的应用及工艺

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1、光学镀膜材料的应用及工艺（一）光学镀膜材料的分类（二）1、从化学组成上，薄膜材料可分为：氧化物类：Al2O3、SiO、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2等氟化物类：MgF2、BaF2、YF3、Na3AlF6等其它化合物类：ZnS、ZnSe、PbTe等金属（合金）类：Al、Cr、Ti、Ag、Al-Ti、Ni-Cr等2、从材料功能分，镀膜材料可分为：（1）光介质材料：起传输光线的作用。这些材料以折射、反射和透射的方式改变光线的方向、强度和相位，使光线按预定要求传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线而调整光谱成份。（2）光功能材料：这种材料

2、在外场（力、声、热、电、磁和光）的作用下，光学性质会发生变化，因此可作为探测、保护和能量转换的材料（如AgCl2,WO3等）。（二）光学镀膜材料的特点从化学结构上看，固体材料（薄膜）中存在着以下键力：1.离子键：离子晶体中，每个离子被一定数量的异号离子所包围，离子晶体中作用力较大，所以离子键很牢固，这就决定了离子晶体具有熔点高、沸点高和硬度大、强度高的特点；2.共价键：主要通过同质原子贡献电子构成的极性或非极性双原子偶化学键。共价键在气体分子结构中较为普遍，如H2,Cl2,CCl4等。金属键中也常出现不同程度的共价键力；3.原子键：（或金属

3、键）：原子键也十分牢固，这类键组成的化合物（Si，SiC及氮化物）也具有硬度高、强度大和熔点高的特点；4.分子键（或范德华键）：把原子联结成分子的力相当大，而分子之间的键又十分弱（MgCl2等），因此，这类键组成的化合物具有熔点低，强度低的特点。实际上，固体化合物中化合键的组成是组合型的，就是说一种化合物中原子或分子的结合力并不是纯粹由单一键连结的，往往是以上几种键交互作用的。（三）由于化学键的特性，决定了不同薄膜材料或薄膜具有以下不同特点：（1）氧化物膜料大都是双电荷（或多电荷）的离子型晶体结构，因此，决定了氧化物膜料具有熔点高、比重大、

4、高折射率和高机械强度。它们的折射率一般在1.46~2.7之间。它们也被称作硬介质光学材料。（2）而氟化物中除含有离子键外，大多含有一定的结合力相对弱的分子键，而且氟离子的单电荷性都决定了氟化物膜料具有低熔点、小比重、低折射率和较差的机械强度（膜层较软）。它们的折射率一般在1.35~1.47之间，它们也被称为软介质光学薄膜材料。（3）金属或合金含有大量的自由电子，当光射到金属或合金表面时，光子同电子云的表面层相互作用，使得金属中的电子得到能量而本征激发，显示金属特有的光泽。一般金属具有较强的反光性和吸光性，因此金属（或合金）材料一般作为反光薄

5、膜材料或光调节材料。人们可以通过合金化改变电子浓度而改变金属的光性能。纯铜能吸收较大范围的可见光，而反射0.57~0.75u的橙红光，当给铜中加入5~10%Wt.的Al后，形成的金属具有吸收0.35~0.55u的可见光，而只反0.55~0.75u的金黄色可见光，这就是典型的一种仿金材料。（三）光学镀膜材料的表观颜色光学镀膜材料的本征颜色，是其对自然光谱的作用效果。1、一般化合物（氧化物和氟化物）是粉末或团聚态（见图9，a、b），由于内部组织中没有多余的价电子，并且其结构是多孔、粗糙的，造成了对光谱的散射和表面均匀反射。因此多数情况下观察到的

6、化合物是白色的。2、晶体化合物材料具有均匀、无气孔、光滑等良好的内部结构（见图9，c、d），在无吸收的情况下，光谱中多色光会均匀透过，因此，单晶体化合物一般是无色透明的；而多晶体内部由于有晶界和晶体缺陷的存在，往往是半透明的。3、金属中自由电子的存在，使得照射光子发生能量改变，因此这种作用造成了金属或合金材料具有较强的反光性、不透明性和银灰色外观。4、低价氧化物（如TiO、ZrO、AlO等），由于失氧作用，其内部不同程度地存在着没有配对的自由电子或是不对称离子结构，它们的结构介于氧化物和金属之间，因此，它们往往出现一定的导电性和金属化颜色。

7、低价氧化物往往呈现灰色、黑色和其它颜色。如Ti3O5呈紫黑色，TiO为金黄色。其他化合物，如氟化物、某些硫化物也有类似现象。镀膜材料制备的主要方法可概括为：1、湿法（水法）制备工艺：酸（碱）溶法、液相萃取法、分馏法、结晶法。2、火法高温制备工艺：热还原法、物理汽相沉积（PVD）法、化学汽相沉积（CVD）法、液相外延生长法（LEC）、热等静压成型法、高温烧结法（或熔炼法）。一般材料的制备都是采用特定的湿法工艺和火法工艺相结合的方法，而且不同材料的制备工艺也有所不同。为了说明材料的制备工艺。（一）二氧化锆(ZrO2)（1）ZrO2是普遍采用的一

8、种膜料，它具有较高的折射率、膜层吸收小以及膜层牢固、抗腐蚀等许多优良特性，但它镀膜时的钻坑现象和工艺、材料的不稳定性导致了膜层折射率的不稳定，从而限制了它的广泛应用。1、导致折射