CN110007374A - 一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺 - Google Patents

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聂旭光
林喜锋
付小燕
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    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements

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Abstract

本发明涉及膜系设计技术领域，特别是涉及一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，包括：步骤一、对高功率激光焊接窗口片进行膜系参数设计，膜系参数包括：膜层数、膜层材料以及膜层材料的工具因子；膜层数为2n，其中n为正整数；单数层的膜层材料为二氧化铪，双数层的膜层材料为二氧化硅；二氧化铪的工具因子为125～130％，二氧化硅的工具因子为94～98％；步骤二、根据设计的膜系参数，采用真空镀膜的方式在基片上进行膜系镀制，得到高功率激光焊接窗口片。本发明解决现有技术中高功率激光膜波长穿透力不强、抗激光损伤阈值不高的问题，提供的镀膜工艺其膜系设计合理，提高了窗口片的穿透率、波长的穿透率、抗激光损伤阈值。

Description

一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺
技术领域
本发明涉及膜系设计技术领域，特别是涉及一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺。
背景技术
高功率激光膜在工程机械、汽车、机床、船舶、石油机械、航空航天、军工、农纺粮等机械设备、电器、电梯等各方面都需要应用到，其应用范围随着科技的日新月异，也在不断的扩大和创新，可见这这项技术在生产生活，国家建设等各方面都有着不可忽略的重要作用。
高功率激光膜镀膜过程中容易产生的问题：因为其重要性，高功率激光膜在镀膜过程中无论是对参数设计还是镀膜工艺都有相当高的精密要求，这就使高功率激光膜在镀膜过程，难免遇到和产生各种问题，即使有经验的操作技工，也会存在波长穿透力不高，抗激光损伤阈值不高，同一炉镀出的产品均匀性不高，导致合格率偏低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，用于解决现有技术中高功率激光膜波长穿透力不强、抗激光损伤阈值不高以及合格率较低的问题，提供的镀膜工艺其膜系设计合理，提高了窗口片的穿透率、波长的穿透率、抗激光损伤阈值以及指标均匀一致性。
为实现上述目的及其他相关目的，
本发明的第一方面，提供一种一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，包括如下步骤：
步骤一、对高功率激光焊接窗口片进行膜系参数设计，膜系参数包括：膜层数、膜层材料以及膜层材料的工具因子；膜层数为2n，其中n为正整数；单数层的膜层材料为二氧化铪，双数层的膜层材料为二氧化硅；二氧化铪的工具因子为125～130％，二氧化硅的工具因子为94～98％；
步骤二、根据设计的膜系参数，采用真空镀膜的方式在基片上进行膜系镀制，得到高功率激光焊接窗口片。
通过膜系设计，设计有利于提高抗激光损伤阈值的膜系，设计宽光谱以弥补均匀性不好造成的不足；通过此工艺镀膜后提高窗口片的穿透率，即提高了高功率激光膜波长的穿透力；通过此工艺镀膜后提高窗口片的抗激光损伤阈值；通过此工艺镀膜，提高生产镀膜宽容性，即镀膜后同一炉膜的属性及指标均匀一致，品质合格率有质的提高。
将氧化铪的工具因子设计在125～130％范围内，将二氧化硅的工具因子设计在94～98％范围内，提高了窗口片的穿透率和抗激光损伤阈值。
于本发明的一实施例中，所述步骤一中二氧化铪的工具因子为128％，此时效果最佳。
于本发明的一实施例中，所述步骤一中二氧化硅的工具因子为96％，此时效果最佳。
于本发明的一实施例中，所述步骤一中n为大于等于3的正整数。膜层设计至少为六层，提高了窗口片的抗激光损伤阈值。
于本发明的一实施例中，所述步骤一中n为6，其中第一层至第十二层的膜层厚度依次为10～11nm、72～73nm、17～18nm、262～263nm、4～5nm、134～135nm、17～18nm、26～27nm、123～124nm、36～37nm、9～10nm、155～156nm。将膜层数设计为12层，将每层的膜厚度设计在此范围内，提高了窗口片的穿透率、抗激光损伤阈值，且窗口片的指标均匀一致、合格率高。
于本发明的一实施例中，所述步骤一中第一层至第十二层的膜层厚度依次为10.4nm、72.8nm、17.3nm、262.1nm、4.8nm、134.0nm、17.7nm、26.0nm、123.9nm、36.8nm、9.3nm、155.4m，此时效果最佳。
于本发明的一实施例中，所述步骤二中真空镀膜的烘烤温度为240～260℃，真空镀膜的蒸发速率为真空镀膜的充氧真空为1.8×10-2～2.2×10-2pa，镀膜真空为1.8×10-2～2.2×10-2pa。
于本发明的一实施例中，所述步骤二中真空镀膜的烘烤温度为250℃，真空镀膜的蒸发速率为真空镀膜的充氧真空为2.0×10-2pa，镀膜真空为2.0-2pa，此时效果最佳。
如上所述，本发明的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，具有以下有益效果：
1.本发明通过膜系设计，设计有利于提高抗激光损伤阈值的膜系，设计宽光谱以弥补均匀性不好造成的不足；通过此工艺镀膜后提高窗口片的穿透率，即提高了高功率激光膜波长的穿透力；通过此工艺镀膜后提高窗口片的抗激光损伤阈值；通过此工艺镀膜，提高生产镀膜宽容性，即镀膜后同一炉膜的属性及指标均匀一致，品质合格率有质的提高；
2.通过此工艺镀膜的窗口片，实测结果为：窗口片穿透力达到99.9％以上；抗激光损伤阈值，抗连续波激光的阈值为0～10KW/cm2，现已广泛应用于激光焊接，激光熔覆工业生产加工中，大大提高工业加工效率；合格率明显提升。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，包括如下步骤：
步骤一、对高功率激光焊接窗口片进行膜系参数设计，膜系参数包括：膜层数、膜层材料以及膜层材料的工具因子；膜层数为2n，其中n为正整数；单数层的膜层材料为二氧化铪，双数层的膜层材料为二氧化硅；二氧化铪的工具因子为125～130％，二氧化硅的工具因子为94～98％；
步骤二、根据设计的膜系参数，采用真空镀膜的方式在基片上进行膜系镀制，真空镀膜的烘烤温度为240～260℃，真空镀膜的蒸发速率为真空镀膜的充氧真空为1.8×10-2～2.2×10-2pa，镀膜真空为1.8×10-2～2.2×10-2pa，得到高功率激光焊接窗口片。
实施例1～实施例3以及对比例1～对比例2的具体参数如表格1所示，对比例1中工具因子为现有膜系的工具因子，对比例2中为改进之前的膜系。
表格1
实施例1～实施例3以及对比例1～对比例2的具体膜层材料以及厚度如表格2所示，对比例1中工具因子为现有膜系的工具因子，对比例2中为改进之前的膜系。
表格2
实施例1～实施例3以及对比例1～对比例2的制得的窗口片的性能如表格3所示，对比例1中工具因子为现有膜系的工具因子，对比例2中为改进之前的膜系。
表格3
多次论证及实验，实测结果为：窗口片穿透力达到99.9％以上；抗激光损伤阈值，抗连续波激光的阈值为0～10KW/cm2，现已广泛应用于激光焊接，激光熔覆工业生产加工中，大大提高工业加工效率，合格率明显提升，与国内外多家企业达成了长期供应该工艺所镀膜的窗口片的合作关系。
综上所述，本发明提高了窗口片的穿透率、波长的穿透率、抗激光损伤阈值以及指标均匀一致性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对高功率激光焊接窗口片进行膜系参数设计，膜系参数包括：膜层数、膜层材料以及膜层材料的工具因子；膜层数为2n，其中n为正整数；单数层的膜层材料为二氧化铪，双数层的膜层材料为二氧化硅；二氧化铪的工具因子为125～130％，二氧化硅的工具因子为94～98％；
步骤二、根据设计的膜系参数，采用真空镀膜的方式在基片上进行膜系镀制，得到高功率激光焊接窗口片。
2.根据权利要求1所述的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于：所述步骤一中二氧化铪的工具因子为128％。
3.根据权利要求1所述的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于：所述步骤一中二氧化硅的工具因子为96％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于：所述步骤一中n为大于等于3的正整数。
5.根据权利要求4所述的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于：所述步骤一中n为6，其中第一层至第十二层的膜层厚度依次为10～11nm、72～73nm、17～18nm、262～263nm、4～5nm、134～135nm、17～18nm、26～27nm、123～124nm、36～37nm、9～10nm、155～156nm。
6.根据权利要求5中任一项所述的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于：所述步骤一中第一层至第十二层的膜层厚度依次为10.4nm、72.8nm、17.3nm、262.1nm、4.8nm、134.0nm、17.7nm、26.0nm、123.9nm、36.8nm、9.3nm、155.4m。
7.根据权利要求1所述的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于：所述步骤二中真空镀膜的烘烤温度为240～260℃，真空镀膜的蒸发速率为真空镀膜的充氧真空为1.8×10-2～2.2×10-2pa，镀膜真空为1.8×10-2～2.2×10-2pa。
8.根据权利要求1或7所述的高功率激光焊接窗口片膜系镀制工艺，其特征在于：所述步骤二中真空镀膜的烘烤温度为250℃，真空镀膜的蒸发速率为真空镀膜的充氧真空为2.0×10-2pa，镀膜真空为2.0-2pa。
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