CN107400845A - 一种提高硅膜层与阳极结合力的方法 - Google Patents

一种提高硅膜层与阳极结合力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高硅膜层与阳极结合力的方法，属于薄膜沉积技术领域。解决现有技术中大口径RB‑SiC基底采用face‑up表面改性方式易导致的阳极表面沉积的Si层脱落造成被镀镜体表面缺陷的技术问题。本发明提供的提高硅膜层与阳极结合力的方法包括对阳极表面进行刻画图案处理，然后对阳极进行喷砂处理，最后进行对阳极进行Al喷涂处理。该方法实现Si膜层与阳极的牢固的结合，防止Si膜层脱落造成被镀镜体表面缺陷，提高膜层的抛光特性，获得了高质量的光学表面，能够满足高质量空间光学系统的应用要求，这为大口径RB‑SiC基底反射镜的应用提供了有力的保障。

Description

一种提高硅膜层与阳极结合力的方法
技术领域
本发明属于薄膜沉积技术领域，具体涉及一种提高硅膜层与阳极结合力的方法。
背景技术
空间大口径反射镜通常采用的是RB-SiC陶瓷材料。但由于RB-SiC中存在Si和SiC两种成分，导致其直接抛光后获得的光学表面质量并不是很高，无法满足高精度空间光学系统的要求。这就需要对RB-SiC表面进行改性，以满足空间光学系统的迫切要求。
RB-SiC表面改性就是要在其表面镀制一层抛光性能良好且与基底结合牢固的、具有相当厚度的致密改性层，覆盖住原基底表面缺陷。最后通过对改性层进行光学精密抛光，达到获得高质量光学表面的目的。
大口径RB-SiC改性采用了face-up镀膜方式，这种方式避免了翻转带来的巨大风险，但是也存在一定的弊端。由于镀膜面向上，Si改性层的厚度通常达到十几微米，而沉积在阳极上的Si膜层厚度则达到几百微米甚至毫米量级，如果结合力不强，很容易掉落在被镀镜体表面，造成表面光洁度变差、粗糙度增大，严重影响成像质量。因此，提高Si膜层与阳极的结合力，对改善被镀镜体表面光洁度及粗糙度的意义重大。
发明内容
本发明要解决现有技术中大口径RB-SiC基底采用face-up表面改性方式易导致的阳极表面沉积的Si层脱落造成被镀镜体表面缺陷的技术问题，提供一种提高硅膜层与阳极结合力的方法，该方法实现Si膜层与阳极的牢固的结合，防止Si膜层脱落造成被镀镜体表面缺陷，提高膜层的抛光特性，获得了高质量的光学表面。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种提高硅膜层与阳极结合力的方法，包括以下步骤：
步骤1、切割图案
在阳极表面刻画出几何图案；
步骤2、阳极表面喷砂处理
调节喷砂机压力，添加砂料，将刻画好图案的阳极放入喷砂机内，调节压缩空气与送砂量的比例，对工装进行均匀喷砂；
步骤3、清洗烘干
用水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后烘干；
步骤4、喷涂处理
用电弧喷涂设备对喷砂处理后的阳极进行喷涂，喷涂材料为Al丝；
步骤5、清洗烘干
用水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后烘干。
在上述技术方案中，步骤1中所述几何图案为菱形、矩形或方形。
在上述技术方案中，步骤2中调节喷砂机压力为0.4～0.6MPa。
在上述技术方案中，步骤2中调节喷砂机压力为0.5MPa。
在上述技术方案中，步骤2中所述砂料为白刚玉砂料或黑刚玉砂料，其规格为16#～30#。
在上述技术方案中，步骤3中对工装进行烘干的温度为100～200℃，时间为60～120分钟。
在上述技术方案中，步骤4中对阳极进行喷涂时，送丝电压为10～25V，喷涂电压为20～30V，喷涂电流为300～400A，喷涂厚度为0.1mm～0.3mm。
在上述技术方案中，步骤4中对阳极进行喷涂时，送丝电压为20V，喷涂电压为25V，喷涂电流为350V，喷涂厚度为0.2mm。
在上述技术方案中，步骤5中对工装进行烘干的温度为100～200℃，时间为60～120分钟。
在上述技术方案中，步骤3和步骤5中对工装进行烘干的温度均为200℃，时间均为90分钟。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种提高硅膜层与阳极结合力的方法，采用多种技术相结合的方法，极大的提高了沉积在阳极表面Si膜层的牢固度，降低其脱落的几率。首先激光刻蚀机将阳极表面刻画出几何图案，比如：100mm×100mm菱形图案，将大面积表面切割成小面积，有效降低膜层应力，提高膜层与基底的结合力。其次，使用喷砂机进行表面喷砂处理，增大了阳极表面粗糙度，增大阳极与膜层接触的表面积，可以有效提高涂层与阳极的结合力。最后在喷砂处理的基础上再进行Al喷涂，进一步增加阳极表面粗糙度，提高膜层与阳极的结合力。使得改性后膜层表面的光洁度与粗糙度有大幅度改善。从而使得抛光后基底表面的光学质量得到较大提升，能够满足高质量空间光学系统的应用要求，这为大口径RB-SiC基底反射镜的应用提供了有力的保障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例1在阳极表面刻画出100mm×100mm菱形图案的示意图。
具体实施方式
本发明的发明思想：本发明的目的是提高Si膜层与阳极的结合力，提高被镀镜体表面性能，获得更高质量的光学表面，满足空间应用中高精度光学系统的需求。
为了实现上述目的，本发明的方法包括对阳极表面进行刻画图案处理，然后对阳极进行喷砂处理，最后进行对阳极进行Al喷涂处理。
为了解决大口径RB-SiC基底采用face-up表面改性方式易导致的阳极表面沉积的Si层脱落造成被镀镜体表面缺陷问题，获得能够满足高精度空间光学系统的应用需求，本发明专门针对face-up改性方式的特点，开发了一种利用对阳极表面进行处理的方法，显著改善RB-SiC改性层表面微观缺陷，获得高质量光学表面的有效方法。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
本发明提供的一种提高硅膜层与阳极结合力的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、切割图案：在阳极表面刻画出几何图案；
步骤2、表面喷砂处理：调节喷砂机压力，添加砂料，将刻画好图案的阳极放入喷砂机内。调节压缩空气与送砂量的比例，对工装进行均匀喷砂。
步骤3、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后烘干。
步骤4、喷涂处理：用电弧喷涂设备对喷砂处理后的阳极进行喷涂。
步骤5、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后烘干。
按照本发明，首先在阳极表面刻画出几何图案，图案可以为菱形、方形、矩形等几何图案，优选100mmX100mm菱形图案。
按照本发明，将刻画好图案的阳极放入喷砂机内，优选将喷砂机压力调节到0.4～0.6MPa，添加白刚玉砂料或黑刚玉砂料等，砂料规格16#～30#；再优选为压力为0.5MPa，16#白刚玉砂料。调节压缩空气与送砂量的比例，对工装进行均匀喷砂。本发明对所述砂料没有特殊限制，采用本领域常用的砂料即可。
按照本发明，用水清洗阳极后优选在100～200℃的温度下烘烤60～120分钟，再优选在200℃的温度下烘烤90分钟，以清除阳极表面吸附的水汽等物质。本发明对所述清洗方法没有特殊限制，采用本领域技术人员常用的清洗方法即可。
按照本发明，用电弧喷涂设备对喷砂处理后的阳极进行喷涂，喷涂材料为Al丝，优选送丝电压为10～25V，喷涂电压为20～30V，喷涂电流为300～400A，喷涂厚度达到0.1mm～0.3mm。再优选送丝电压为20V，喷涂电压为25V，喷涂电流为350V，喷涂厚度为0.2mm。
按照本发明，使用去离水清洗喷砂处理后的工装，优选在100～200℃的温度下烘烤60～120分钟，再优选在200℃的温度下烘烤90分钟，以清除阳极表面吸附的水汽等物质。
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本发明的提高硅膜层与阳极结合力的方法包括如下具体步骤：
步骤1、切割图案：首先利用激光刻蚀技术在阳极表面刻画出100mmX100mm菱形图案；
步骤2、表面喷砂处理：调节喷砂机压力为0.5MPa，添加16#白刚玉砂料，将刻画好图案的阳极放入喷砂机内。调节压缩空气与送砂量的比例，对工装进行均匀喷砂；
步骤3、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后在200℃温度下烘烤90min；
步骤4、喷涂处理：用电弧喷涂设备对喷砂处理后的阳极进行喷涂，喷涂材料为Al丝，送丝电压为20V，喷涂电压为25V，喷涂电流为350A，喷涂厚度达到0.2mm；
步骤5、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后在200℃温度下烘烤90min。
实施例2
本发明的提高硅膜层与阳极结合力的方法包括如下具体步骤：
步骤1、切割图案：首先利用激光刻蚀技术在阳极表面刻画出150mmX100mm矩形图案；
步骤2、表面喷砂处理：调节喷砂机压力为0.4MPa，添加30#白刚玉砂料，将刻画好图案的阳极放入喷砂机内。调节压缩空气与送砂量的比例，对工装进行均匀喷砂；
步骤3、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后在150℃温度下烘烤120min；
步骤4、喷涂处理：用电弧喷涂设备对喷砂处理后的阳极进行喷涂，喷涂材料为Al丝，送丝电压为25V，喷涂电压为30V，喷涂电流为400A，喷涂厚度达到0.10mm；
步骤5、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后在150℃温度下烘烤120min。
实施例3
本发明的提高硅膜层与阳极结合力的方法包括如下具体步骤：
步骤1、切割图案：首先利用激光刻蚀技术在阳极表面刻画出100mmX100mm方形图案；
步骤2、表面喷砂处理：调节喷砂机压力0.6MPa，添加30#黑刚玉砂料，将刻画好图案的阳极放入喷砂机内。调节压缩空气与送砂量的比例，对工装进行均匀喷砂；
步骤3、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后在100℃温度下烘烤60min；
步骤4、喷涂处理：用电弧喷涂设备对喷砂处理后的阳极进行喷涂，喷涂材料为Al丝，送丝电压为10V，喷涂电压为20V，喷涂电流为300A，喷涂厚度达到0.3mm；
步骤5、清洗烘干：用洁净水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后在100℃温度下烘烤60min。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种提高硅膜层与阳极结合力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、切割图案
在阳极表面刻画出几何图案；
步骤2、阳极表面喷砂处理
调节喷砂机压力，添加砂料，将刻画好图案的阳极放入喷砂机内，调节压缩空气与送砂量的比例，对工装进行均匀喷砂；
步骤3、清洗烘干
用水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后烘干；
步骤4、喷涂处理
用电弧喷涂设备对喷砂处理后的阳极进行喷涂，喷涂材料为Al丝；
步骤5、清洗烘干
用水将喷砂处理后的工装进行清洗，然后烘干。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述几何图案为菱形、矩形或方形。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中调节喷砂机压力为0.4～0.6MPa。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2中调节喷砂机压力为0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述砂料为白刚玉砂料或黑刚玉砂料，其规格为16#～30#。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中对工装进行烘干的温度为100～200℃，时间为60～120分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中对阳极进行喷涂时，送丝电压为10～25V，喷涂电压为20～30V，喷涂电流为300～400A，喷涂厚度为0.1mm～0.3mm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4中对阳极进行喷涂时，送丝电压为20V，喷涂电压为25V，喷涂电流为350V，喷涂厚度为0.2mm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中对工装进行烘干的温度为100～200℃，时间为60～120分钟。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3和步骤5中对工装进行烘干的温度均为200℃，时间均为90分钟。
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