CN110730608B - 一种透红外电磁屏蔽光窗 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种透红外电磁屏蔽光窗，包括镓酸盐红外玻璃、红外增透膜、硬质膜和金属网栅；所述金属网栅上面依次覆盖所述硬质膜、镓酸盐红外玻璃和红外增透膜；所述金属网栅、硬质膜、镓酸盐红外玻璃和红外增透膜堆叠成一个复合结构体，所述复合结构体侧面涂覆导电银浆。本发明既能够在中红外、近红外波段实现高透过率，又能够屏蔽雷达电磁波，同时具备足够的机械强度性能、耐磨性能和耐湿热性能。
Description
技术领域
本发明红外器件技术领域，特别是涉及一种透红外电磁屏蔽光窗。
背景技术
红外材料是红外装备或仪器上使用的透红外视窗、透镜等材料，直接决定红外探测装备的精度和寿命。而大尺寸红外玻璃是当代跟踪、瞄准、发射系统核心部件的主要材料，根据透过波段，红外玻璃可分为中红外玻璃(3-5μm)和长红外玻璃(8-12μm)两类。其中，中红外玻璃从近紫外到中红外具有很好的透过率(T≥80％)，长波截止在大约6μm，涵盖可见光区和1-3μm、3-5μm两个红外大气窗口。目前，中红外玻璃主要包括铝酸钙、锗酸盐、镓酸盐和氟化物等材料，其中铝酸钙玻璃和锗酸盐玻璃已实现了产业化，铝酸钙玻璃和锗酸盐玻璃具有较高的化学稳定性，但在3.7-4.8μm透过率低，红外吸收较大；加上这些玻璃中-OH在2.6～3.6μm存在较大光吸收，难以满足中红外跟踪、瞄准设备系统对窗口的苛刻要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种红外屏蔽电磁光窗，既能够在中红外、近红外波段实现高透过率，又能够屏蔽雷达电磁波，同时具备足够的机械强度性能、耐磨性能和耐湿热性能，能抵抗因温度急剧变化而产生的热应力。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种透红外电磁屏蔽光窗，包括镓酸盐红外玻璃、红外增透膜、硬质膜和金属网栅；
所述金属网栅上面依次覆盖所述硬质膜、镓酸盐红外玻璃和红外增透膜；
所述金属网栅、硬质膜、镓酸盐红外玻璃和红外增透膜堆叠成一个复合结构体，所述复合结构体侧面涂覆导电银浆。
可选的，还包括耐磨保护膜，所述耐磨保护膜上覆盖所述金属网栅。
可选的，还包括增滑膜，所述增滑膜上覆盖所述耐磨保护膜。
可选的，所述红外增透膜材料包括氧化铝和氧化硅。
可选的，所述红外增透膜由氧化铝和氧化硅交替镀膜制成。
可选的，所述金属网栅的线宽小于7um，周期小于220um。
可选的，所述金属网栅的材料为铜、铬、金、银中任意一种。
可选的，所述耐磨保护膜材料为氧化铝。
可选的，所述增滑膜材料为有机硅材料。
可选的，所述述红外增透膜包括4层氧化铝膜和3层氧化硅膜。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的光窗采用镀有多层功能薄膜的镓酸盐红外玻璃材料，既能够在中红外、近红外波段实现高透过率，又能够屏蔽雷达电磁波，同时具备足够的机械强度性能、耐磨性能和耐湿热性能，能抵抗因温度急剧变化而产生的热应力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明透红外电磁屏蔽光窗的结构示意图；
图中：1-镓酸盐红外玻璃，2-红外增透膜，3-硬质膜，4-金属网栅，5-耐磨保护膜，6-增滑膜，7-导电银浆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种红外屏蔽电磁光窗，既能够在中红外、近红外波段实现高透过率，又能够屏蔽雷达电磁波，同时具备足够的机械强度性能、耐磨性能和耐湿热性能，能抵抗因温度急剧变化而产生的热应力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明透红外电磁屏蔽光窗的结构示意图；如图1所示，一种透红外电磁屏蔽光窗，包括镓酸盐红外玻璃1、红外增透膜2、硬质膜3、金属网栅4、耐磨保护膜5、增滑膜6和导电银浆7；
其中，增滑膜6上面依次覆盖耐磨保护膜5、金属网栅4、硬质膜3、镓酸盐红外玻璃1和红外增透膜2；
所述金属网栅4、硬质膜3、镓酸盐红外玻璃1和红外增透膜2堆叠成一个复合结构体，所述复合结构体的侧面涂覆导电银浆7。
上述覆盖方式优选采用镀膜方式。
在制备透红外电磁屏蔽光窗的过程中，是以镓酸盐红外玻璃1为基准，分别在镓酸盐红外玻璃1两面镀膜，一面镀红外增透膜2，另一面镀硬质膜3；然后在硬质膜3上制备金属网栅4，再在金属网栅4上镀耐磨保护膜5，耐磨保护膜5上再镀制增滑膜6。
具体的，红外增透膜2的材料包括氧化铝和氧化硅，且红外增透膜2由氧化铝和氧化硅交替镀膜制成，一共包括4层氧化铝膜和3层氧化硅膜，7层膜的排列方式从上到下依次为氧化铝膜、氧化硅膜、氧化铝膜、氧化硅膜、氧化铝膜、氧化硅膜、氧化铝膜。金属网栅4的线宽优选小于7um，周期优选小于220um。金属网栅4的材料为铜、铬、金、银中任一种。耐磨保护膜5材料为氧化铝。增滑膜6材料为一种有机硅材料。
上述结构的透红外电磁屏蔽光窗能够适应的工作波段为3.7～4.8μm和0.9～1.7μm；其平均透过率在工作波段为3.7～4.8μm时≥70％；工作波段为0.9～1.7μm≥75％；且在1GHz～18GHz范围，电磁屏蔽系数≥20dB；表面质量：表面整洁，没有毛刺、裂纹及锈；能够应用于高温、低温、温度变化冲击、湿热、霉菌、盐雾、砂尘和太阳辐射的各种环境中。
本发明的制作原理为：
1)镓酸盐红外玻璃：
中波红外的窗口材料有蓝宝石、红外玻璃及ZnS等，蓝宝石硬度高、机械强度大，能承受飞机的高速度产生的热冲击力，但本窗口要求红外透光率较高，而蓝宝石厚度为7mm时，在3.7～4.8μm的平均透过率为77％，4.8μm的透过率仅为50％左右，即使在表面镀制增透膜后，4.8μm的透过率小于60％。相比红外玻璃镀膜后红外透光率大于75％，相差很远。故因4.8μm的透过率太低，蓝宝石难以满足该项目的透过性能的需求，且由于蓝宝石存在双折射，易导致成像质量下降或弱的重影，制约了蓝宝石的应用。ZnS光学性能好，光谱透射高、透光波段宽，然而ZnS的机械性能和抗热冲击性能差，价格昂贵，红外玻璃红外透过高，机械及热性能好，折射率低，易于制备大尺寸，光学均匀性好等优点，且可在表面制备各种不同性能的薄膜以满足窗口对其特殊的要求。因此，本发明的光窗红外材料选择镓酸盐玻璃。
2)红外玻璃的红外增透膜及硬质膜：
通过镀制宽谱段、超宽谱段的红外增透膜镀层和光学级硬质膜，能够提高红外玻璃的红外透光率及环境适应性；红外增透膜采用氧化铝和氧化硅交替镀膜，通过干涉原理增加透光率，硬质膜为耐磨性能比较好的刚玉氧化铝薄膜。
3)金属网栅：
光窗屏蔽的有效方法就是在隐身光窗上制备一层既能对红外光高效透过，同时又能高效屏蔽电磁波的透明导电膜材料。在玻璃表面制备金属网栅后，其屏蔽性能能够由1～18GHZ达到20dB。由电磁波屏蔽的理论可知，金属网栅对电磁波的反射率、透射率、吸收率是网栅周期、线宽和电磁波频率的函数。方形金属网栅的电磁屏蔽效率和透光率随着金属网栅结构参数的变化而变化。网栅周期越大、线宽越小，透光率越高；而周期越小、线宽越大，屏蔽效率越高，因此方形金属网栅的屏蔽效率和透光率存在难以调和的矛盾。对于1～18GHz电磁波段，当网栅周期g>400μm时，对雷达波的屏蔽效率明显减小，故本窗口的网栅周期要小于400μm。综合考虑金属网栅对其光电特性的影响，网栅线宽选择在不大于10μm，并且线宽越小对解决金属网栅的光电特性矛盾越有利，也就是说解决金属网栅光电特性矛盾的有效途径是在网栅周期一定的情况下，尽量减小线宽。本发明优选采用线宽小于7μm，周期小于220μm的金属网栅。
考虑到网栅的光电特性及制作工艺，在目前可用为金属薄膜材料中，适宜作为网栅的材料主要有金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、铬(Cr)和铜(Cu)。铬的电阻率为13×10-8欧姆·米，金属铬与玻璃的附着力强，在空气中性能非常稳定，镀制工艺简便，价格低廉，但不能单独用在金属网栅上，主要是电阻率太大，如果单独用它将不利于屏蔽电磁波。铜的电阻率为1.67×10-8欧姆·米，铜与铬相比，铜的导电性能远远优于铬，而且它在远红外的反射率并不高，与玻璃的结合很好，机械性能很好，价格低廉等。最可取的是它最有利于屏蔽电磁波，所以本发明采用铜铬混合材料或者金或者银来制备金属网栅。
4)耐磨保护膜及增滑膜
本发明的光学表面耐砂尘耐磨保护膜采取蒸镀氧化铝的方式来完成，有效提高了光窗表面的耐吹砂能力和耐湿热性能。但由于光窗表面镀有金属网栅，表面呈周期性的“凸凹”状，吹砂时会对凸起产损伤，所以本发明使用了增滑液，通过喷涂或涂抹方式，涂敷在耐磨保护膜表面，可形成增滑效果，形成增滑膜。涂敷可在室温进行，室温放置6小时即可。涂敷增滑膜后表面滑动角小于20度，不涂覆增滑膜表面一般在45度左右，这样可减轻吹砂对光窗表面的侵蚀。
5)导电银浆
导电银浆涂敷在金属网栅边部与红外增透膜边部之间的位置，导电银浆上面镀有铜箔，再通过铜箔与金属框电导通，实现了光窗玻璃与金属框的导电连接，保证了良好的导电性。
综上，采用本发明的红外屏蔽电磁光窗，既能够在中红外、近红外波段实现高透过率，又能够屏蔽雷达电磁波，同时具备足够的机械强度性能、耐磨性能和耐湿热性能，能抵抗因温度急剧变化而产生的热应力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种透红外电磁屏蔽光窗，其特征在于，包括镓酸盐红外玻璃、红外增透膜、硬质膜、耐磨保护膜、增滑膜和金属网栅；
所述红外增透膜的材料包括氧化铝和氧化硅，由所述氧化铝和所述氧化硅交替镀膜制成；
所述金属网栅的线宽小于7um，周期小于220um；
所述金属网栅上面依次覆盖所述硬质膜、镓酸盐红外玻璃和红外增透膜，具体为：以所述镓酸盐红外玻璃为基准，分别在所述镓酸盐红外玻璃两面镀膜，一面镀所述红外增透膜，另一面镀所述硬质膜；
在所述硬质膜上制备所述金属网栅，再在所述金属网栅上镀所述耐磨保护膜，所述耐磨保护膜上再镀制所述增滑膜；
所述金属网栅、硬质膜、镓酸盐红外玻璃和红外增透膜堆叠成一个复合结构体，所述复合结构体侧面涂覆导电银浆。
2.根据权利要求1所述的透红外电磁屏蔽光窗，其特征在于，所述金属网栅的材料为铜、铬、金、银中任意一种。
3.根据权利要求1所述的透红外电磁屏蔽光窗，其特征在于，所述耐磨保护膜材料为氧化铝。
4.根据权利要求1所述的透红外电磁屏蔽光窗，其特征在于，所述增滑膜材料为有机硅材料。
5.根据权利要求1所述的透红外电磁屏蔽光窗，其特征在于，所述红外增透膜包括4层氧化铝膜和3层氧化硅膜。
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