CN112698430B - 一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法，其中ZnS基底长波红外增透保护膜包括依次设置在所述ZnS基底上的ZnS膜层和Y2O3膜层；ZnS基底厚度：2‑15mm，各膜层的厚度为：ZnS膜层：80‑120nm，Y2O3膜层：1000‑1300nm，Y2O3膜层从内部到表面膜层结构逐渐变化。制备ZnS基底长波红外增透保护膜的方法，包括以下步骤：1)对ZnS基底进行抛光处理和表面处理；2)在所述ZnS基底上沉积ZnS膜层；3)在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层，沉积开始时初始氧氩比为(2.8‑3.4)：35，在沉积过程中逐渐减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为(0.6‑1.0)：35。通过所述方法制备而成的ZnS基底长波红外增透保护膜结构稳定性好，且在波长7.0‑9.5μm的波段内平均透过率高。
Description
技术领域
本申请涉及薄膜技术领域，特别是涉及一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法。
背景技术
随着现代先进军用光学系统的飞速发展，红外是红外技术的关键部件，它既要保证光学系统的成像质量，又要保护红外传感器不被外界破坏损伤，为了保证武器系统在恶劣环境下的作战能力，其光学窗口对环境适应性要求也越来越苛刻，而制导系统中的窗口和整流罩，都离不开高性能的镀膜红外光学窗口。
红外材料中，ZnS是目前重要使用的长波红外材料，但ZnS力学性能较差，难以抵御高速飞行时大气环境中沙石、雨滴的侵蚀，更无法抵御因剧烈的气动热/力作用而导致的冲击损伤。另外，由于ZnS透过率较低，作为窗口使用时还必须镀制光学增透膜。因此，膜层质量的优劣直接决定了制导系统性能的好坏，是现代精确制导武器系统不可或缺的关键制备技术之一。
目前ZnS基底表面膜层镀制，大多采用的ZnS、YbF3、LaF3等软性材料，膜层镀制采用多层膜的膜系设计，膜层间结合力不够，膜层强度较弱，无法承受国军标GJB 150-2009中的砂尘、盐雾、湿热、温度冲击等环境试验，同时，无法满足在高速飞行时气动热导致的高温条件下，抗热冲击性能要求。对于其它增透保护主要膜系有DLC膜、碳化物、氧化物、磷化物、氮化物等。其中DLC、碳化锗(GexC1-x)及磷化硼(BP)等透过率经过设计后均能达到90％且硬度较高，但是薄膜在高速飞行且恶劣条件下不可避免地会出现严重的性能退化现象，薄膜光学性能的下降，透过率降很低，将会导致红外窗口在高速飞行中失效。
因此，开发一种在高速飞行中结构稳定的长波红外增透保护膜，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法，以解决在高速飞行中，长波红外增透保护膜结构不稳定的问题。
本申请第一方面提供了一种ZnS基底长波红外增透保护膜，其包括：依次设置在所述ZnS基底上的ZnS膜层和Y2O3膜层；
其中，ZnS基底厚度：2-15mm；
各层的厚度为：
ZnS膜层：80-120nm，Y2O3膜层：1000-1300nm，所述Y2O3膜层中的膜层表面的膜层结构逐渐变化。
在本申请的一些实施方式中，所述Y2O3膜层中晶型结构从内部到表面逐渐变化。
在本申请的一些实施方式中，所述Y2O3膜层包含8-14个亚层，靠近ZnS膜层的亚层到Y2O3膜层表面的膜层Y2O3的晶型结构逐渐变化。
在本申请的一些实施方式中，所述亚层的厚度为90-130nm。
在本申请的一些实施方式中，所述保护膜在波长7.0-9.5μm的波段内，平均透过率为88％以上。
本申请第二方面提供了一种制备本申请提供的ZnS基底长波红外增透保护膜的方法，其包括以下步骤：
1)对ZnS基底进行抛光处理和表面处理；
2)在所述ZnS基底上沉积ZnS膜层；
3)在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层，沉积开始时初始氧氩比为(2.8-3.4)：35，在沉积过程中逐渐减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为(0.6-1.0)：35；
其中，ZnS基底厚度：2-15mm；
各层的厚度为：
ZnS膜层：80-120nm，Y2O3膜层：1000-1300nm。
在本申请的一些实施方式中，上述步骤3)中，在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层时，所述氧氩比从沉积开始到沉积结束呈线性减少。
在本申请的一些实施方式中，上述步骤3)中，在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层时，每增加一个亚层，所述氧氩比阶梯式减少(0.1-0.3)：35；
其中，所述亚层的厚度为90-130nm。
在本申请的一些实施方式中，所述ZnS膜层的沉积蒸发束流为15-25mA，所述Y2O3膜层的沉积蒸发束流为20-30mA。
在本申请的一些实施方式中，所述ZnS膜层的沉积蒸发速率为0.35-0.55nm/s，所述Y2O3膜层的沉积蒸发速率为0.3-0.5nm/s。
在本申请的一些实施方式中，所述ZnS膜层的沉积电压为200-400V，所述Y2O3膜层的沉积电压为8-10kV。
本申请提供了一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法，通过该方法制备的ZnS基底长波红外增透保护膜，包括依次设置在所述ZnS基底上的ZnS膜层和Y2O3膜层；其中，ZnS基底厚度：2-15mm，各层的厚度为：ZnS膜层：80-120nm，Y2O3膜层：1000-1300nm，所述Y2O3膜层从内部到表面膜层结构逐渐变化；在膜层镀制过程中，通过调节氧氩比和镀膜材料的蒸发速率，控制膜层的结构，形成折射率匹配性好、结构稳定的ZnS基底长波红外增透保护膜，其在波长7.0-9.5μm的波段内平均透过率为88％以上，硬度达到ZnS基底硬度的两到三倍以上，并且各膜层具有牢固性好、耐摩擦性好、硬度高等优点，能满足高速飞行器用红外膜层的使用要求。
当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施方式。
图1为本申请一种实施方式的剖面结构示意图；
图2为本申请另一种实施方式的剖面结构示意图；
图3为本申请实施例1在室温下的长波红外波段的透过率曲线；
图4为本申请实施例1在400℃下的长波红外波段的透过率曲线。
附图标记：10.ZnS基底，20.ZnS膜层，30.Y2O3膜层，31.第一亚层，32.第二亚层，33.第三亚层，34.第四亚层，35.第五亚层，36.第六亚层，37.第七亚层，38.第八亚层。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图和实施例，对本申请进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法，以下分别进行详细说明：
第一方面，本申请提供了一种ZnS基底长波红外增透保护膜，其包括：依次设置在所述ZnS基底上的ZnS膜层和Y2O3膜层；
其中，ZnS基底厚度：2-15mm；
各层的厚度为：
ZnS膜层：80-120nm，Y2O3膜层：1000-1300nm，所述Y2O3膜层从内部到表面膜层结构逐渐变化。
在本申请中，上述Y2O3膜层中的单斜相含量和立方相含量从内部到表面逐渐变化。
例如，在本申请的一些实施方式中，所述Y2O3膜层中晶型结构从内部到表面逐渐变化，单斜相含量从内部到表面逐渐减少，立方相含量从内部到表面逐渐增大。
图1示出了本申请一种实施方式的剖面结构示意图，参见图1，在ZnS基底10上依次设置ZnS膜层20和Y2O3膜层30，形成了一种ZnS基底10长波红外增透保护膜，其中，Y2O3膜层30中的膜层结构从内部到表面单斜相含量逐渐减少，立方相含量逐渐增大。
在本申请的另一些实施方式中，所述Y2O3膜层可以包含8-14个亚层，本申请对上述亚层的个数没有特别限定，只要能够实现本申请目的即可，例如，Y2O3膜层可以包含9-13个亚层，靠近ZnS膜层的亚层到Y2O3膜层表面的膜层Y2O3的晶型结构逐渐变化，Y2O3膜层的各亚层间，单斜相含量逐层减少，立方相含量逐层增大。
图2示出了本申请一种实施方式的剖面结构示意图，参见图2，在ZnS基底10上依次设置ZnS膜层20和Y2O3膜层30，形成了一种ZnS基底10长波红外增透保护膜，其中，Y2O3膜层30中包含8个亚层：第一亚层31、第二亚层32、第三亚层33、第四亚层34、第五亚层35、第六亚层36、第七亚层37、第八亚层38，Y2O3膜层30中的单斜相含量从第一亚层31至第八亚层38呈阶梯式降低，且Y2O3膜层30中的立方相含量从第一亚层31至第八亚层38呈阶梯式上升。
在本申请中，对上述亚层的厚度没有特别限定，只要能够实现本申请目的即可，例如，亚层的厚度为90-130nm。需要说明的是，本申请中不同亚层的厚度可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够实现本申请目的即可。
在本申请的一些实施方式中，所述保护膜在波长7.0-9.5μm的波段内，平均透过率为88％以上，可见，本申请提供的ZnS基底长波红外增透保护膜的平均透过率较高。
本申请提供的ZnS基底长波红外增透保护膜，包括依次设置在ZnS基底上的ZnS膜层和Y2O3膜层，其中，ZnS基底的厚度为2-15mm，ZnS膜层的厚度为80-120nm，Y2O3膜层的厚度为1000-1300nm，且Y2O3膜层从内部到表面膜层结构逐渐变化。该ZnS基底长波红外增透保护膜折射率匹配性好、结构稳定。
第二方面，本申请提供了一种制备本申请提供的ZnS基底长波红外增透保护膜的方法，其包括以下步骤：
1)对ZnS基底进行抛光处理和表面处理；
2)在所述ZnS基底上沉积ZnS膜层；
3)在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层，沉积开始时初始氧氩比为(2.8-3.4)：35，在沉积过程中逐渐减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为(0.6-1.0)：35；
其中，ZnS基底厚度：2-15mm；
各层的厚度为：
ZnS膜层：80-120nm，Y2O3膜层：1000-1300nm。
在本申请中，对ZnS基底抛光处理的方法没有特别限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够实现本申请目的即可，例如，机械抛光。对ZnS基底抛光处理后，其表面光洁度能达到Ⅳ级或V级。
在本申请中，对ZnS基底表面处理的方法没有特别限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够实现本申请目的即可，例如，使用丙酮、无水乙醇或纯净水中的至少一种在超声波中清洗，用纳米金刚石粉擦拭表面等。
在本申请中，对ZnS膜层和Y2O3膜层的沉积方法没有特别限定，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以采用蒸发镀膜法或溅射镀膜法等。
本申请的“氧氩比”是指，氧气通入量和氩气通入量的比值。通过调节氧氩比，能够控制膜层的结构，形成折射率匹配性好、结构稳定的ZnS基底长波红外增透保护膜。
在本申请的上述步骤3)中，在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层时，沉积开始时初始氧氩比为(2.8-3.4)：35，在沉积过程中逐渐减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为(0.6-1.0)：35，其中，对沉积过程中氧氩比的减小方式没有特别限定，只要能够实现本申请目的即可。
例如，在本申请的一些实施方式中，上述氧氩比从沉积开始到沉积结束呈线性减少。通过氧氩比的线性减少，能够得到晶型结构从内部到表面逐渐变化的Y2O3膜层。
在本申请的另一些实施方式中，每增加一个亚层，上述氧氩比阶梯式减少(0.1-0.3)：35。其中，所述亚层的厚度相同或不同，可以为90-130nm。需要说明的是，每增加一个亚层，氧氩比阶梯式减少(0.1-0.3)：35，其减少量可以相同，也可以不同。通过氧氩比阶梯式减少，得到从靠近ZnS膜层的亚层到Y2O3膜层表面的晶型结构阶梯变化的Y2O3膜层。
在本申请的一些实施方式中，对ZnS膜层和Y2O3膜层的沉积蒸发束流没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，ZnS膜层的沉积蒸发束流为15-25mA，Y2O3膜层的沉积蒸发束流为20-30mA。
在本申请的一些实施方式中，ZnS膜层的沉积蒸发速率为0.35-0.55nm/s，Y2O3膜层的沉积蒸发速率为0.3-0.5nm/s。通过将ZnS膜层和Y2O3膜层的沉积蒸发速率控制在上述范围内，能够得到结构稳定性好的高质量ZnS基底长波红外增透保护膜。
在本申请的一些实施方式中，对ZnS膜层和Y2O3膜层的沉积电压没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，ZnS膜层的沉积电压为200-400V，Y2O3膜层的沉积电压为8-10kV。
上述制备本申请提供的ZnS基底长波红外增透保护膜的方法，在各膜层镀制过程中，通过调节氧氩比及镀膜材料的蒸发速率，控制本申请ZnS基底长波红外增透保护膜的结构，提高其折射率匹配性和结构稳定性；该制备方法通过控制膜层厚度，提高膜层的致密度，使其光学性能优异；ZnS基底长波红外增透保护膜在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率为88％以上，硬度达到基底硬度的两到三倍以上，并且各膜层具有牢固性好、耐摩擦性好、硬度高等优点，能满足高速飞行器用红外膜层的使用要求。
实施例
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。
试验测试方法
高低温试验：
在-50℃和100℃下各保持4h，其中100℃时湿度为95％，持续5次。
湿热试验：
温度60℃，相对湿度95％条件下，持续8小时；温度30℃，相对湿度95％条件下，持续8小时；交替5个循环。
附着力试验：
3M胶带纸牢牢贴在膜层表面上，垂直迅速拉起。
重度摩擦试验：
压力为9.8N的橡皮摩擦头摩擦40次(20个来回)。
高温试验：
将马弗炉加热至400℃，样片放置其中，持续0.5h。
平均透过率的测试方法:
使用NEXUS670傅里叶红外光谱仪测试获得透过率。
实施例1
<制备ZnS基底长波红外增透保护膜>
1)对厚度8mm的ZnS基底进行机械抛光处理，使其表面光洁度达到Ⅳ级，再对ZnS基底分别使用丙酮、无水乙醇和纯净水在超声波中清洗10min，取出后擦拭，用烘箱100℃下烘干10min，对烘干后的ZnS基底用纳米金刚石粉擦拭2min，再用脱脂棉蘸取无水乙醇擦拭干净；
2)通过蒸发镀膜法在步骤1)得到的ZnS基底上沉积厚度为100nm的ZnS膜层，沉积过程中的沉积蒸发束流为20mA、沉积蒸发速率为0.45nm/s、沉积电压为400V；
3)通过蒸发镀膜法在步骤2)得到的ZnS膜层上沉积厚度为1200nm的Y2O3膜层，其中，沉积开始时初始氧氩比为3.4:35，在沉积过程中线性减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为0.8:35，沉积过程中的沉积蒸发束流为25mA、沉积蒸发速率为0.4nm/s、沉积电压为10kV；
4)待沉积室温度降至室温时，即得到ZnS基底长波红外增透保护膜。
<试验测试>
将上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜进行高低温试验、湿热试验、附着力试验、重度摩擦试验、高温试验，测试结果显示，膜层完好，无开裂、脱膜等现象；
对上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜在室温和400℃下分别进行透过率测试，获得其在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率，图3示出了实施例1的ZnS基底长波红外增透保护膜在室温下的长波红外波段的透过率曲线，图4为示出了实施例1为400℃下的长波红外波段的透过率曲线。
实施例2
<制备ZnS基底长波红外增透保护膜>
步骤1)-2)与实施例1相同；
3)通过蒸发镀膜法在步骤2)得到的ZnS膜层上沉积厚度为1000nm的Y2O3膜层，其中，沉积开始时初始氧氩比为2.8:35，在沉积过程中线性减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为0.6:35，沉积过程中的沉积蒸发束流为20mA、沉积蒸发速率为0.3nm/s、沉积电压为5kV；
4)待沉积室温度降至室温时，即得到ZnS基底长波红外增透保护膜。
<试验测试>
将上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜进行高低温试验、湿热试验、附着力试验、重度摩擦试验、高温试验，测试结果显示，膜层完好，无开裂、脱膜等现象；
对上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜在室温和400℃下分别进行透过率测试，获得其在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率。
实施例3
<制备ZnS基底长波红外增透保护膜>
步骤1)-2)与实施例1相同；
3)通过蒸发镀膜法在步骤2)得到的ZnS膜层上沉积厚度为1300nm的Y2O3膜层，其中，沉积开始时初始氧氩比为3.1:35，在沉积过程中线性减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为1.0:35，沉积过程中的沉积蒸发束流为30mA、沉积蒸发速率为0.5nm/s、沉积电压为10kV；
4)待沉积室温度降至室温时，即得到ZnS基底长波红外增透保护膜。
<试验测试>
将上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜进行高低温试验、湿热试验、附着力试验、重度摩擦试验、高温试验，测试结果显示，膜层完好，无开裂、脱膜等现象；
对上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜在室温和400℃下分别进行透过率测试，获得其在波长7.00-9.5μm的波段内的平均透过率。
实施例4
<制备ZnS基底长波红外增透保护膜>
步骤1)-2)与实施例1相同；
3)通过蒸发镀膜法在步骤2)得到的ZnS膜层上依次沉积厚度均为100nm的13个亚层，形成Y2O3膜层；其中：
沉积第1个亚层的氧氩比为3.4:35、沉积第2个亚层的氧氩比为3.2:35、沉积第3个亚层的氧氩比为3.0:35、沉积第4个亚层的氧氩比为2.8:35、沉积第5个亚层的氧氩比为2.6:35、沉积第6个亚层的氧氩比为2.4:35、沉积第7个亚层的氧氩比为2.2:35、沉积第8个亚层的氧氩比为2.0:35、沉积第9个亚层的氧氩比为1.8:35、沉积第9个亚层的氧氩比为1.6:35、沉积第10个亚层的氧氩比为1.4:35、沉积第11个亚层的氧氩比为1.2:35、沉积第12个亚层的氧氩比为1.0:35、沉积第13个亚层的氧氩比为0.8:35；
沉积过程中的沉积蒸发束流为25mA、沉积蒸发速率为0.4nm/s、沉积电压为10kV；
4)待沉积室温度降至室温时，即得到ZnS基底长波红外增透保护膜。
<试验测试>
将上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜进行高低温试验、湿热试验、附着力试验、重度摩擦试验、高温试验，测试结果显示，膜层完好，无开裂、脱膜等现象；
对上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜在室温和400℃下分别进行透过率测试，获得其在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率。
实施例1-4的制备参数和测试结果见表1。
对比例1
<制备ZnS基底长波红外增透保护膜>
步骤1)-2)与实施例1相同；
3)除了用YbF3膜层替换Y2O3膜层以外，其余与实施例1相同；
4)待沉积室温度降至室温时，即得到ZnS基底长波红外增透保护膜。
<试验测试>
将上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜进行高低温试验、湿热试验、附着力试验、重度摩擦试验、高温试验，测试结果显示，膜层有开裂、脱膜等现象；
对上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜在室温下分别进行透过率测试，获得其在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率。在400℃下发生脱膜现象，无法测试透过率。
对比例2
步骤1)-2)与实施例1相同；
3)通过蒸发镀膜法在步骤2)得到的ZnS膜层上沉积厚度为1200nm的YbF3膜层，沉积过程中不通氧、沉积蒸发束流为25mA、沉积蒸发速率为0.4nm/s、沉积电压为10kV；
4)待沉积室温度降至室温时，即得到ZnS基底长波红外增透保护膜。
<试验测试>
将上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜进行高低温试验、湿热试验、附着力试验、重度摩擦试验、高温试验，测试结果显示，膜层有开裂、脱膜等现象；
对上述制得的ZnS基底长波红外增透保护膜在室温进行透过率测试，获得其在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率，在400℃下发生脱膜现象，无法测试透过率。
对比例1-2的制备参数和测试结果见表1。
从实施例1-4和对比例1-2可以看出，本申请提供的ZnS基底长波红外增透保护膜，其附着力明显高于对比例1-2提供的ZnS基底长波红外增透保护膜；且其400℃下在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率，与室温下的平均透过率相比，几乎没有降低。
本申请提供的ZnS基底长波红外增透保护膜能够经受住高低温试验、湿热试验、附着力试验、重度摩擦试验和高温试验，在经过上述试验后，膜层完好、无脱落，无明显开裂、脱膜等现象，其具有硬度高、附着力好、牢固性好、耐摩擦性好等优点，结构稳定。
综上，本申请制备ZnS基底长波红外增透保护膜的方法，通过调节氧氩比和镀膜材料的蒸发速率，控制膜层的结构，形成折射率匹配性好、结构稳定的ZnS基底长波红外增透保护膜，其高温400℃下在波长7.0-9.5μm的波段内的平均透过率，与室温下的平均透过率相比，降低很小，光学性能优异，平均透过率在88％以上，能够很好地满足高速飞行器用窗口膜层的使用要求。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。
Claims (11)
1.一种ZnS基底长波红外增透保护膜，其包括：依次设置在所述ZnS基底上沉积的ZnS膜层和Y2O3膜层；
其中，ZnS基底厚度：2-15mm；
各膜层的厚度为：
ZnS膜层：80-120nm，Y2O3膜层：1000-1300nm，所述Y2O3膜层从内部到表面膜层结构逐渐变化。
2.根据权利要求1所述的ZnS基底长波红外增透保护膜，其中，所述Y2O3膜层中晶型结构从内部到表面逐渐变化。
3.根据权利要求1所述的ZnS基底长波红外增透保护膜，其中，所述Y2O3膜层包含8-14个亚层，靠近ZnS膜层的亚层到Y2O3膜层表面的膜层Y2O3的晶型结构逐渐变化。
4.根据权利要求3所述的ZnS基底长波红外增透保护膜，其中，所述亚层的厚度为90-130nm。
5.根据权利要求1所述的ZnS基底长波红外增透保护膜，其中，所述保护膜在波长7.0-9.5μm的波段内，平均透过率为88％以上。
6.一种ZnS基底长波红外增透保护膜的制备方法，其包括以下步骤：
1)对ZnS基底进行抛光处理和表面处理；
2)在所述ZnS基底上沉积ZnS膜层；
3)在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层，沉积开始时初始氧氩比为(2.8-3.4)：35，在沉积过程中逐渐减小氧氩比，沉积结束时氧氩比为(0.6-1.0)：35；
其中，ZnS基底：2-15mm；
各层的厚度为：ZnS膜层：80-120nm，Y2O3膜层：1000-1300nm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤3)中，在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层时，所述氧氩比从沉积开始到沉积结束呈线性减少。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤3)中，在所述ZnS膜层上沉积Y2O3膜层时，所述Y2O3膜层包含8-14个亚层，每增加一个所述亚层，所述氧氩比阶梯式减少(0.1-0.3)：35；
其中，所述亚层的厚度为90-130nm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述ZnS膜层的沉积蒸发束流为15-25mA，所述Y2O3膜层的沉积蒸发束流为20-30mA。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述ZnS膜层的沉积蒸发速率为0.35-0.55nm/s，所述Y2O3膜层的沉积蒸发速率为0.3-0.5nm/s。
11.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述ZnS膜层的沉积电压为200-400V，所述Y2O3膜层的沉积电压为8-10kV。
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Citations (1)
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