CN109652774B - 内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电磁屏蔽实现技术领域，具体涉及一种内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法。该方法包含：(1)通过物理和化学方法清洗光学窗表面；(2)采用电子束蒸发方法生长制备Y2O3薄膜；(3)热处理镀膜后的光学窗口，使薄膜表面产生随机分布的网状裂纹；(4)在开裂的薄膜表面沉积金属薄膜；(5)采用等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制倾斜刻蚀时间，有效去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。该方法不但适应平面光学窗，而且可以在曲面光学窗表面实现可见、或红外电磁屏蔽效果，在遥感遥测、航天航空、移动通信等军事和民用领域具有广泛应用前景。

Description

内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法
技术领域
本发明属于电磁屏蔽实现技术领域，具体涉及一种内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法。
背景技术
随着现代军事要求的提高，不仅要求光学窗口的耐磨性以及耐热冲击性能足够抵抗恶劣环境的考验，同时要求能够保证电磁屏蔽效果，避免宇宙射线，卫星、电视、广播等外部电磁波信号对系统内部工作器件产生干扰或阻制内部的电磁信号泄露到系统外部，对造成信息的泄密。因此，近年来国内外围绕复杂环境下高性能电磁屏蔽红外材料和沉积技术开展了广泛的研究。美国专利US4871220介绍了一种可实现光学窗口抗电磁干扰的正方形技术网栅结构。专利93242068.0描述了一种夹层式导电金属网。专利200610010066.4“具有圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗”设计了一种圆环外形的金属网栅单元结构，以实现光学窗的电磁屏蔽功能。专利200710013530.4采用飞秒激光扫描方式实现玻璃表面选择性金属化方法来实现电磁屏蔽金属网栅结构的制备，该发明公开的技术方案可用于制造内嵌式电磁屏蔽光窗。但是该加工方法存在工艺相对比较复杂、加工效率低、成本高的缺点，且不适应大口径电磁屏蔽光学窗的加工制备。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术制造内嵌式电磁屏蔽光窗的过程复杂、加工周期长，且不适应大口径光学窗的缺点，如何提供一种内嵌式电磁屏蔽光学窗的制备方法，要求该方法不但能够在平面红外光学窗实现电磁屏蔽，还可以在曲面红外光学窗上实现电磁屏蔽。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在光学窗上生长制备Y2O3薄膜；
步骤2：热处理镀膜后的光学窗，使Y2O3薄膜表面产生随机分布的网状裂纹；
步骤3：在开裂的薄膜表面沉积金属膜，使沉积金属材料嵌入网状裂纹内；
步骤4：采用等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。
其中，所述步骤1中采用电子束蒸发方法生长制备Y2O3薄膜。
其中，所述步骤1中，所述薄膜沉积厚度为>800nm。
其中，所述步骤1中的工艺参数为：蒸发温度150～300℃，蒸发速率0.1～0.5nm/s，本底真空度6～8×10-4Pa，真空通氧量20～40sccm，电子束束流280～340mA，离子源线圈电流30～40mA，射频偏转电压80～120V。
其中，所述步骤2中，热处理镀膜后的光学窗，高温处理温度300～450℃，升温速率为10～100℃/min，保持0.5h～24.0h，自然冷却降温至室温。
其中，所述步骤3中，在开裂的薄膜表面沉积金属薄膜，采用方法包括离子束溅射或化学镀。
其中，所述步骤3中，所述金属膜层材料包括：金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)。
其中，所述步骤3中，膜层厚度为100～300nm，使纳米金属材料嵌入膜层表面的网状裂纹内。
其中，所述步骤4中，采用高能等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。
其中，所述步骤4中，等离子体刻蚀本地真空度为4×10-4～1×10-3Pa，通入氩(Ar)气纯度为99.999％，气体流量为10～40sccm，轰击清洗时间为10～30min，离子源轰击角度为30～80°。
(三)有益效果
针对现有技术中制造内嵌式电磁屏蔽光窗的过程复杂、加工周期长，且不适应大口径光学窗的缺点，本发明提供一种内嵌式电磁屏蔽光学窗的制备方法，该方法不但能够在平面红外光学窗实现电磁屏蔽，还可以在曲面红外光学窗上实现电磁屏蔽。本发明适用于遥感遥测、航天航空、移动通信等军事和民用电磁屏蔽领域。本发明制造的内嵌式电磁屏蔽光窗的金属网栅具有良好的的牢固度、耐磨性，可适应于复杂恶劣的高速飞行环境。
附图说明
图1为内嵌式电磁屏蔽金属网栅加工工艺流程图。
图2:高温加热后Y2O3薄膜表面的开裂示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在光学窗上生长制备Y2O3薄膜；
步骤2：热处理镀膜后的光学窗，使Y2O3薄膜表面产生随机分布的网状裂纹；
步骤3：采用的方法包括电子束蒸发、离子束溅射或化学镀方法，在开裂的薄膜表面沉积金属膜(如金、银、铜等)，使沉积金属材料嵌入网状裂纹内；
步骤4：采用等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。
其中，所述步骤1中采用电子束蒸发方法生长制备Y2O3薄膜。
其中，所述步骤1中，所述薄膜沉积厚度为>800nm。
其中，所述步骤1中的工艺参数为：蒸发温度150～300℃，蒸发速率0.1～0.5nm/s，本底真空度6～8×10-4Pa，真空通氧量20～40sccm，电子束束流280～340mA，离子源线圈电流30～40mA，射频偏转电压80～120V。
其中，所述步骤2中，热处理镀膜后的光学窗，高温处理温度300～450℃，升温速率为10～100℃/min，保持0.5h～24.0h，自然冷却降温至室温。
其中，所述步骤3中，在开裂的薄膜表面沉积金属薄膜，采用方法包括离子束溅射或化学镀。
其中，所述步骤3中，所述金属膜层材料包括：金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)。
其中，所述步骤3中，膜层厚度约为100～300nm，使纳米金属材料嵌入膜层表面的网状裂纹内。
其中，所述步骤4中，采用高能等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。
其中，所述步骤4中，等离子体刻蚀本地真空度为4×10-4～1×10-3Pa，通入氩(Ar)气纯度为99.999％，气体流量为10～40sccm，轰击清洗时间为10～30min，离子源轰击角度为30～80°。
实施例1
本实施例提供一种内嵌式电磁屏蔽光学窗的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)采用电子束蒸发方法生长制备Y2O3薄膜。薄膜沉积厚度为900～1100nm，工艺参数为：蒸发温度150℃～300℃，蒸发速率0.1～0.3nm/s，本底真空度2～8×10-4Pa，真空通氧量20～60sccm，电子束束流300～340mA，离子源线圈电流40～60mA，射频偏转电压90～120V；
(2)热处理镀膜后的光学窗，使Y2O3薄膜表面产生随机分布的网状裂纹。高温处理温度300～450℃，升温速率为5～50℃/min，保持0.5h～3.0h，自然冷却降温至室温；
(3)在开裂的薄膜表面沉积金属膜，使沉积金属材料嵌入网状裂纹内。采用方法包括电子束蒸发、离子束溅射或化学镀，金属膜层材料包括(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)等，膜层厚度约为100～300nm。
(4)采用高能等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。等离子体刻蚀本地真空度为4×10-4～1×10-3Pa，通入氩(Ar)气纯度为99.999％，气体流量为10～40sccm，轰击清洗时间为10～30min，离子源轰击角度为30～80°。
实施例2
本实施例中，
(1)采用电子束蒸发方法生长制备Y2O3薄膜。薄膜沉积厚度为1000nm，工艺参数为：蒸发温度220℃，蒸发速率0.15nm/s，本底真空度6×10-4Pa，真空通氧量20sccm，电子束束流340mA，离子源线圈电流40mA，射频偏转电压90V；
(2)热处理镀膜后的光学窗，使Y2O3薄膜表面产生随机分布的网状裂纹(如图2所示)。高温处理温度350℃，升温速率为5℃/min，保持0.5h，自然冷却降温至室温；
(3)在开裂的薄膜表面沉积金属膜，使沉积金属材料嵌入网状裂纹内。采用方法包括电子束蒸发、离子束溅射或化学镀，金属膜层材料为铜(Cu)，膜层厚度约为100nm，使纳米金属材料嵌入膜层表面的网状裂纹内。
(4)采用高能等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。等离子体刻蚀本地真空度为7×10-4Pa，通入氩(Ar)气纯度为99.999％，气体流量为10sccm，离子源轰击角度为30°。
实施例3
本实施例中，
(1)采用电子束蒸发方法生长制备Y2O3薄膜。薄膜沉积厚度为900nm，工艺参数为：蒸发温度280℃，蒸发速率0.3nm/s，本底真空度4×10-4Pa，真空通氧量60sccm，电子束束流300mA，离子源线圈电流60mA，射频偏转电压120V；
(2)热处理镀膜后的光学窗，使Y2O3薄膜表面产生随机分布的网状裂纹(如图2所示)。高温处理温度450℃，升温速率为50℃/min，保持3.0h，自然冷却降温至室温；
(3)在开裂的薄膜表面沉积金属膜，使沉积金属材料嵌入网状裂纹内。采用方法包括电子束蒸发、离子束溅射或化学镀，金属膜层材料为铜(Cu)，膜层厚度约为300nm，使纳米金属材料嵌入膜层表面的网状裂纹内。
(4)采用高能等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。等离子体刻蚀本地真空度为7×10-4Pa，通入氩(Ar)气纯度为99.999％，气体流量为40sccm离子源轰击角度为50°。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，所述方法可以在曲面红外光学窗上实现电磁屏蔽，所述方法包括如下步骤：
步骤1：在光学窗上生长制备Y2O3薄膜,所述薄膜沉积厚度为>800nm,采用电子束蒸发方法生长制备Y2O3薄膜,工艺参数为：蒸发温度150～300℃，蒸发速率0.1～0.5nm/s，本底真空度6～8×10-4Pa，真空通氧量20～40sccm，电子束束流280～340mA，离子源线圈电流30～40mA，射频偏转电压80～120V；
步骤2：热处理镀膜后的光学窗，使Y2O3薄膜表面产生随机分布的网状裂纹；其中,热处理镀膜后的光学窗，高温处理温度300～450℃，升温速率为10～100℃/min，保持0.5h～24.0h，自然冷却降温至室温；
步骤3：在开裂的薄膜表面沉积金属膜，使沉积金属材料嵌入网状裂纹内；
步骤4：采用等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料；
等离子体刻蚀本地真空度为4×10-4～1×10-3Pa，通入氩(Ar)气纯度为99.999％，气体流量为10～40sccm，轰击清洗时间为10～30min，离子源轰击角度为30～80°。
2.如权利要求1所述的内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，所述步骤3中，在开裂的薄膜表面沉积金属薄膜，采用方法包括离子束溅射或化学镀。
3.如权利要求1所述的内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述金属膜层材料包括：金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)。
4.如权利要求1所述的内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，所述步骤3中，膜层厚度为100～300nm，使纳米金属材料嵌入膜层表面的网状裂纹内。
5.如权利要求1所述的内嵌式金属网栅的电磁屏蔽光学窗制备方法，其特征在于，所述步骤4中，采用高能等离子体大角度倾斜刻蚀方法，通过控制作用时间，去除基底表面金属层，仅保留裂纹内部嵌入的金属材料。
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