CN107217259A - 红外硫系玻璃表面镀类金刚石薄膜的制备方法 - Google Patents

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种在任意红外光学镜片材料上镀类金刚石薄膜的制备方法，该方法不仅可以提高镜片表面的机械强度，同时还兼具优良的光学性能，大幅升红外系统在恶劣环境下的使用寿命。本发明的制备方法以材质较软且无法直接沉积类金刚石薄膜的硫系材料IG6基板为例，用PVD技术分别在基板表面镀适当厚度的ZnS、Ge、ZnS、Ge，然后用PECVD技术沉积类金刚石薄膜。本发明制备出的IG6镜片表面光滑坚硬牢固，有很强的耐腐蚀能力，经盐水煮不会发生膜层脱落问题，配合另一面做增透，光谱性能优越，8~11.5μm平均透过率能达到92%。

Description

红外硫系玻璃表面镀类金刚石薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于薄膜制备技术领域，涉及硫系材料镀类金刚石薄膜（DLC）的制备方法；在软材质表面镀高强度硬质薄膜的方法。
背景技术
红外镜头广泛运用于国防、军工、安防、化工、电力、冶金等行业，需要长期面对极其多变的恶劣环境，国内外主流的做法是将镜头最外一枚镜片的外露面镀上类金刚石薄膜（DLC-Diamond like carbon film），此膜具有高强度、高硬度、较高的稳定性、耐腐蚀、超强的耐摩擦抗损伤能力可以保护整个镜头不受恶劣环境的侵害。
目前可制备出类金刚石薄膜的方法太多，包括直流等离子体化学气相沉积、脉冲电磁感应、微波放电、弧光放电、热丝CVD、电子回旋共振等方法均能生长出类金刚石薄膜。然而，广泛使用于红外光学镜片的各种材质中，只有锗、硅表面才能成功稳定的生长出类金刚石薄膜。锗折射率在4左右，类金刚石薄膜折射率在2左右，在锗材质的镜片表面镀类金刚石薄膜不仅具有强大的保护功能，在光学性能上还具有良好的增透作用。
许多红外系统的设计第一枚镜片的材质并不需要锗或硅，为了应对苛刻的使用环境必须在系统前再加一枚镀完类金刚石薄膜的锗或硅镜片，从而增加了整个系统的体积和成本还降低了光学性能。因此，能够在其它材料表面生长出类金刚石薄膜的技术具有广阔的市场前景，可以使许多红外光学系统节省一枚镜片，让光学系统更灵敏、轻便、小型化。
发明内容
本发明针对红外镜片造价昂贵，提出了一种在其它无法直接沉积DLC薄膜的红外镜片材质（以广泛使用的硫系玻璃材质为代表）上沉积出DLC薄膜的制备方法，能使许多红外系统节省一枚镜片。
常用红外波段的材质中仅锗和硅具有金刚石结构，且本身硬度较高，因此能在其表面生长出稳定的金刚石结构。硫系玻璃类的材质的特点是硬度低易碎，硫系玻璃是有多种硫系材料合成而来，其结构与金刚石结构差异较大，无法在其表面生长出类金刚石薄膜，然而改变其成份，能产生多变的折射率和较低的热膨胀系数等优点使其广泛运用于无热化光学成像系统中。为达到材质较软的硫系玻璃上镀高强度抗损伤的类金刚石薄膜，本发明所设计的制备方法是：在硫系玻璃表面镀一种多层的过渡层结构，通过过渡层即可在实现其表面沉积类金刚石薄膜的需求。
本发明具体方案以硫系材料IG6做基底材料（折射率约2.58）透明波段8~11.5μm为例做详细说明，运用真空镀膜PVD技术，并用离子束助镀，依次在IG6表面镀厚度为200nm的ZnS、厚度为246.33nm的Ge、厚度为470.7nm的ZnS、厚度为295.41的Ge，再用PECVD技术镀1493.42nnm的DLC（类金刚石薄膜），即G | ZnS Ge ZnS Ge DLC | Air，配合另一面做高效增透，8~11.5μm平均透过率能达到92%。
上述材料对应的厚度是根据实际的基板材料和透明波段为需要设计出来，本专利保护范围：运用硫化锌和锗两种镀膜材料作为沉积类金刚石（DLC）薄膜的过渡层；锗作为过渡层的最外层在其表面直接沉积类金刚石薄膜。
本发明经过试验验证运用此技术可以在多种基底材料上使用，能大幅增强其抗损伤耐腐蚀能力，膜层光滑坚固稳定，盐水煮过胶带拉扯不脱膜。配合基底材料的另一面做高效增透膜，能同时具有优良的光学性能。
图1 是整体结构示意图。
图2 是红外光谱透过率曲线。

Claims (1)

1.本发明是在不同材质的红外光学镜片表面沉积类金刚石薄膜（DLC）的一种制备方法，其特征在于过渡层的制备，实现了类金刚石薄膜的沉积条件和良好的膜层间的附着力支撑，过渡层以Ge为最外层，并用ZnS、Ge两种材料交替使用，即G | ZnS Ge ZnS Ge DLC | Air，根据实际需要，使用光学薄膜软件优化可以计算出每层需要镀膜的厚度，而达到最优良的光谱特性。
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