JPH03197676A - 耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材 - Google Patents
耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材Info
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- JPH03197676A JPH03197676A JP1337568A JP33756889A JPH03197676A JP H03197676 A JPH03197676 A JP H03197676A JP 1337568 A JP1337568 A JP 1337568A JP 33756889 A JP33756889 A JP 33756889A JP H03197676 A JPH03197676 A JP H03197676A
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高速飛翔体の窓材として好適な、耐環境性に
すぐれた透過性の複合材料に関する。
すぐれた透過性の複合材料に関する。
航空機や宇宙船等の高速飛翔体の外面に装着される光学
窓等には、光透過性と共に優れた耐環境性が要求される
。
窓等には、光透過性と共に優れた耐環境性が要求される
。
この様な高速飛翔体用の光学窓等の材料としては、良好
な光透過性を有する硫化亜鉛(ZnS)が有望な材料の
一つである。
な光透過性を有する硫化亜鉛(ZnS)が有望な材料の
一つである。
例えば、多結晶の硫化亜鉛は波長0.6μm〜14.0
μ備の広い領域で光透過性を示し、200x 150m
m程度の比較的大型の多結晶がCVD法、ホットプレス
法等により製造でき、耐水性、耐薬品性、耐熱性等に優
れている有効な光学材料であることが知られている。
μ備の広い領域で光透過性を示し、200x 150m
m程度の比較的大型の多結晶がCVD法、ホットプレス
法等により製造でき、耐水性、耐薬品性、耐熱性等に優
れている有効な光学材料であることが知られている。
また、特に波長8〜10μmの赤外光に対する良好な透
光性をもつため、従来使用されてきたゲルマニウム(G
e)に代わり、赤外映像装置用光学部品等に広く使用さ
れる可能性もある。
光性をもつため、従来使用されてきたゲルマニウム(G
e)に代わり、赤外映像装置用光学部品等に広く使用さ
れる可能性もある。
一方、多結晶の硫化亜鉛は、通常の粉末焼結法では光透
過性を示さないが、ホットプレス法により又はCVD法
により製造した多結晶硫化亜鉛は単結晶にかなり近い光
透過性を示すことが知られている。また、これらの製造
方法により製造した多結晶硫化亜鉛は、ヌープ硬度が2
50〜350及び曲げ強度が9.0〜10.0kg/m
m”とセレン化亜鉛よりも優れているので、航空機や宇
宙船等の高速飛翔体等の外面に装着されている光学窓等
の材料として比較的好適であると考えられる。
過性を示さないが、ホットプレス法により又はCVD法
により製造した多結晶硫化亜鉛は単結晶にかなり近い光
透過性を示すことが知られている。また、これらの製造
方法により製造した多結晶硫化亜鉛は、ヌープ硬度が2
50〜350及び曲げ強度が9.0〜10.0kg/m
m”とセレン化亜鉛よりも優れているので、航空機や宇
宙船等の高速飛翔体等の外面に装着されている光学窓等
の材料として比較的好適であると考えられる。
しかし、このような高速飛翔体の光学窓は大気中に浮遊
するダストやヒョウ等の固形粒子との衝突又は雨滴との
衝突等により表面が傷ついたり、レインエロージョンと
呼ばれる化学的機械的腐食が発生しやすい。
するダストやヒョウ等の固形粒子との衝突又は雨滴との
衝突等により表面が傷ついたり、レインエロージョンと
呼ばれる化学的機械的腐食が発生しやすい。
この様な光学窓表面の微小な凹凸は、入射光を散乱して
光透過性を低下させるのみでな(、破壊起点となる場合
がある等、高速飛翔体にとって重大事態を引き起す原因
となりつるものである。
光透過性を低下させるのみでな(、破壊起点となる場合
がある等、高速飛翔体にとって重大事態を引き起す原因
となりつるものである。
その為、多結晶硫化亜鉛と云えども益々高速化し且つ高
い運行効率を要求される高速飛翔体の光学窓材料として
は硬度が十分ではなく、早期に表面が傷つく等、耐環境
性に問題があった。
い運行効率を要求される高速飛翔体の光学窓材料として
は硬度が十分ではなく、早期に表面が傷つく等、耐環境
性に問題があった。
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、強度及び表面硬
度が高く、耐スクラッチ性及び耐レインエロージヨン性
が改善され、かつ、8〜12μ鴎で透過率が改善された
高速飛翔体の光学窓材料として好適な、耐環境性にすぐ
れた複合光学窓材を擾供することを目的とする。
度が高く、耐スクラッチ性及び耐レインエロージヨン性
が改善され、かつ、8〜12μ鴎で透過率が改善された
高速飛翔体の光学窓材料として好適な、耐環境性にすぐ
れた複合光学窓材を擾供することを目的とする。
本発明の耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓
材は、透光性の硫化亜鉛基材の少なくとも一表面に基材
より第1層をMgFt、第2層をSi、第3層を炭化珪
素質被膜、第4層すなわち最外層としてダイヤモンド状
炭素を形成したことを特徴とするものである。
材は、透光性の硫化亜鉛基材の少なくとも一表面に基材
より第1層をMgFt、第2層をSi、第3層を炭化珪
素質被膜、第4層すなわち最外層としてダイヤモンド状
炭素を形成したことを特徴とするものである。
本発明において、MgF a及びSiは公知の真空蒸着
法、イオンブレーティング法、又はスパッタリング法に
よって形成することができる。
法、イオンブレーティング法、又はスパッタリング法に
よって形成することができる。
本発明において、第3層の炭化珪素質被膜としては非晶
質炭化珪素の被膜であり、公知のCVD法プラズマCV
D法あるいは、イオンブレーティング法、スパッタリン
グ法等によって形成することができる。
質炭化珪素の被膜であり、公知のCVD法プラズマCV
D法あるいは、イオンブレーティング法、スパッタリン
グ法等によって形成することができる。
例えば、原料ガスとしてシランあるいは四塩化珪素とメ
タンを用いてCVD合成する。あるいはシリコン金属蒸
気メタンガスを用いてイオンブレーティングしても良い
。
タンを用いてCVD合成する。あるいはシリコン金属蒸
気メタンガスを用いてイオンブレーティングしても良い
。
外層のダイヤモンド状炭S膜は化学的に安定であり、硬
度がビッカース硬度テ3000〜10000kg/ms
2と極めて高く、可視から赤外の光に対して十分な透過
性を有している。
度がビッカース硬度テ3000〜10000kg/ms
2と極めて高く、可視から赤外の光に対して十分な透過
性を有している。
しかし、ダイヤモンド状炭素膜を直接コーティングする
と密着性に劣り、実用に耐えない。そこで、硫化亜鉛基
材とダイヤモンド状炭素膜の間の中間層を検討した結果
、基材より第1層にMgPz、第2層にSi、第3層に
炭化珪素質被膜を形成し、その上に最外層としてダイヤ
モンド状炭素膜を形成した構造が密着性、及び光学特性
の両面からすぐれていることがわかった。
と密着性に劣り、実用に耐えない。そこで、硫化亜鉛基
材とダイヤモンド状炭素膜の間の中間層を検討した結果
、基材より第1層にMgPz、第2層にSi、第3層に
炭化珪素質被膜を形成し、その上に最外層としてダイヤ
モンド状炭素膜を形成した構造が密着性、及び光学特性
の両面からすぐれていることがわかった。
MgF2、Si、炭化珪素質被膜はそれぞれ可視から赤
外の光に対して十分な透過性を有し、相互に密着度の高
い被膜を形成することができる。
外の光に対して十分な透過性を有し、相互に密着度の高
い被膜を形成することができる。
従って透光性の硫化亜鉛基材の少なくとも一表面に基材
より第1層をMgPz、第2層をSIS第3層を炭化珪
素質被膜、第4層すなわち最外層としてダイヤモンド状
炭素を形成することにより、耐スクラッチ性及び耐レイ
ンエロージヨン性が改善され、しかも硫化亜鉛基材の赤
外透光性が向上するため、高速飛翔時等の厳しい使用条
件下においても、長時間良好な透光性を維持することが
出来る。
より第1層をMgPz、第2層をSIS第3層を炭化珪
素質被膜、第4層すなわち最外層としてダイヤモンド状
炭素を形成することにより、耐スクラッチ性及び耐レイ
ンエロージヨン性が改善され、しかも硫化亜鉛基材の赤
外透光性が向上するため、高速飛翔時等の厳しい使用条
件下においても、長時間良好な透光性を維持することが
出来る。
MgP2の膜厚をO,O1〜10/j m 、 Siの
膜厚を0.01〜5.0μmとするのは、これらの物質
の屈折率、光吸収率から計算した結果、MgP !及び
Siについては上記膜厚とすることが赤外光学特性を向
上させる上で必要であることが判明したためである。
膜厚を0.01〜5.0μmとするのは、これらの物質
の屈折率、光吸収率から計算した結果、MgP !及び
Siについては上記膜厚とすることが赤外光学特性を向
上させる上で必要であることが判明したためである。
炭化珪素質被膜の膜厚は100A〜5μmの範囲が好ま
しい。膜厚が100人未満では膜として形成されない為
に外層のダイヤモンド状炭素膜の密着度が低くなり、5
μmを越えると炭化珪素質被膜自体の剥離が生じやすく
、また透光性の低下のため実用上問題がある。
しい。膜厚が100人未満では膜として形成されない為
に外層のダイヤモンド状炭素膜の密着度が低くなり、5
μmを越えると炭化珪素質被膜自体の剥離が生じやすく
、また透光性の低下のため実用上問題がある。
ダイヤモンド状炭素膜の膜厚は200Å〜200μmの
範囲が好ましい。膜厚が200人未満では表面の耐スク
ラッチ性及び耐レインエロージヨン性の向上が少なく、
200μ−を越えるとダイヤモンド状炭素膜の剥離が生
じやすく、また透光性の低下も大きくなる。
範囲が好ましい。膜厚が200人未満では表面の耐スク
ラッチ性及び耐レインエロージヨン性の向上が少なく、
200μ−を越えるとダイヤモンド状炭素膜の剥離が生
じやすく、また透光性の低下も大きくなる。
上記に示した条件で構成された複合光学窓材は、可視光
から波長12μm迄の赤外光の゛範囲で使用が可能であ
る−0特に、使用波長帯が8〜12μm赤゛外光の場合
、被膜の膜厚が波長に比べて小さいため被膜形成による
透過率の低下は5%以下程度におさえられる。
から波長12μm迄の赤外光の゛範囲で使用が可能であ
る−0特に、使用波長帯が8〜12μm赤゛外光の場合
、被膜の膜厚が波長に比べて小さいため被膜形成による
透過率の低下は5%以下程度におさえられる。
可視光域を使用波長帯とする場合は、赤外域に比較して
被膜形成による透過率低下の割合が大きくなるが、膜厚
を耐環境性を損なわない範囲でできるだけ薄くすること
により、使用可能な程度におさえられる。
被膜形成による透過率低下の割合が大きくなるが、膜厚
を耐環境性を損なわない範囲でできるだけ薄くすること
により、使用可能な程度におさえられる。
直径10mm、厚さ2mmのCVD法による多結晶硫化
亜鉛の両面を鏡面研磨加工し透光性硫化亜鉛基材とした
。この基材の片面に第1表に示すような膜厚のMgFt
、Si1炭化珪素質、ダイヤモンド状炭素を夫々成膜し
た複合材料を作成した。
亜鉛の両面を鏡面研磨加工し透光性硫化亜鉛基材とした
。この基材の片面に第1表に示すような膜厚のMgFt
、Si1炭化珪素質、ダイヤモンド状炭素を夫々成膜し
た複合材料を作成した。
尚、MgFt及びSi成膜は真空蒸着法によった。
炭化珪素質被膜は四塩化珪素、メタンガスを原料とし、
公知のCVD法により基材温度的500℃で成膜した。
公知のCVD法により基材温度的500℃で成膜した。
ダイヤモンド質戊膜は公知の13.56 MH,の高周
波によるプラズマCVD法により、メタンガスを原料と
して、基材温度的150℃で実施した。密着度について
は被膜面の目視観察と引っかきテストにより評価した。
波によるプラズマCVD法により、メタンガスを原料と
して、基材温度的150℃で実施した。密着度について
は被膜面の目視観察と引っかきテストにより評価した。
耐スクラッチ性を評価するため以下の記載の方法を取っ
た。
た。
得られた各複合材について波長8.0μmの赤外光に対
する光透過率を測定した。次に、被膜を形成しなかった
片面を樹脂にて保護した状態で、平均粒径200μmの
石英粉末と一緒にボールミルで24時間混合した後、当
該樹脂を除去し、各透光性複合材の光透過率を測定した
。又、比較例として被膜を形成しない単結晶及び多結晶
の硫化亜鉛基材自体についても、上記と同様の光透過性
の測定を行い、これらの結果を第1表に示した。
する光透過率を測定した。次に、被膜を形成しなかった
片面を樹脂にて保護した状態で、平均粒径200μmの
石英粉末と一緒にボールミルで24時間混合した後、当
該樹脂を除去し、各透光性複合材の光透過率を測定した
。又、比較例として被膜を形成しない単結晶及び多結晶
の硫化亜鉛基材自体についても、上記と同様の光透過性
の測定を行い、これらの結果を第1表に示した。
第
表
第1表においてボール・ミル後の光透過率が初期光透過
率(ボール・ミル前の光透過率)に比べ低下が少ない場
合は耐スクラッチ性が良いと評価できる。この表から明
らかな様に、基材より第1層をMgF2、第2層をS1
1第3層を炭化珪素質被膜、外層にダイヤモンド状炭素
膜を形成した硫化亜鉛基材複合透光材料は、透光性をさ
ほど低下させることなく耐久性を大幅に向上させること
ができる。
率(ボール・ミル前の光透過率)に比べ低下が少ない場
合は耐スクラッチ性が良いと評価できる。この表から明
らかな様に、基材より第1層をMgF2、第2層をS1
1第3層を炭化珪素質被膜、外層にダイヤモンド状炭素
膜を形成した硫化亜鉛基材複合透光材料は、透光性をさ
ほど低下させることなく耐久性を大幅に向上させること
ができる。
本発明によれば透光性の硫化亜鉛基材の少なくとも一表
面に、基材より第1層をMgFs、第2層をS11第3
層を炭化珪素質被膜、第4層すなわち最外層としてダイ
ヤモンド状炭素を形成することによって表面の硬度が高
く赤光透光性に優れ、可視光から波長12μ論迄の光透
過性及び耐スクラッチ性等において耐環境性に優れた透
光性複合材を提供することができる。
面に、基材より第1層をMgFs、第2層をS11第3
層を炭化珪素質被膜、第4層すなわち最外層としてダイ
ヤモンド状炭素を形成することによって表面の硬度が高
く赤光透光性に優れ、可視光から波長12μ論迄の光透
過性及び耐スクラッチ性等において耐環境性に優れた透
光性複合材を提供することができる。
この透光性複合材は、可視から赤外の波長範囲で使用さ
れるレンズ、プリズム、光学窓等の光学部品の材料とし
て有用であって、特に航空機や宇宙船等の高速飛翔体の
窓用の材料として使用すれば耐環境性を大幅に向上させ
ることができる。
れるレンズ、プリズム、光学窓等の光学部品の材料とし
て有用であって、特に航空機や宇宙船等の高速飛翔体の
窓用の材料として使用すれば耐環境性を大幅に向上させ
ることができる。
Claims (6)
- (1) 透光性の硫化亜鉛基材の少なくとも一表面に、
基材より第1層をMgF_2、第2層をSi、第3層を
炭化珪素質被膜、第4層すなわち最外層としてダイヤモ
ンド状炭素を形成したことを特徴とする耐環境性及び赤
外透光性にすぐれた複合光学窓材。 - (2) 上記のMgF_2の膜厚が0.01〜10μm
であることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載
の耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材。 - (3) 上記Siの膜厚が0.01〜5.0μmである
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の耐環
境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材。 - (4) 上記炭化珪素質被膜は非晶質炭化珪素であって
膜厚が100Å〜5μmであることを特徴とする特許請
求の範囲第(1)項記載の耐環境性及び赤外透光性にす
ぐれた複合光学窓材。 - (5) 上記ダイヤモンド状炭素膜の膜厚が、200Å
〜200μmであることを特徴とする特許請求の範囲第
(1)項記載の耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合
光学窓材。 - (6) 上記硫化亜鉛基材が多結晶硫化亜鉛からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項、第(2)項
、第(3)項、第(4)項又は第(5)項記載の耐環境
性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1337568A JPH03197676A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1337568A JPH03197676A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03197676A true JPH03197676A (ja) | 1991-08-29 |
Family
ID=18309870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1337568A Pending JPH03197676A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | 耐環境性及び赤外透光性にすぐれた複合光学窓材 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03197676A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6680489B1 (en) * | 1995-12-20 | 2004-01-20 | Advanced Technology Materials, Inc. | Amorphous silicon carbide thin film coating |
JPWO2012160979A1 (ja) * | 2011-05-24 | 2014-07-31 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 赤外線透過膜、赤外線透過膜の製造方法、赤外線用光学部品および赤外線装置 |
JP2017128491A (ja) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
WO2017126394A1 (ja) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
JP2020177256A (ja) * | 2014-10-30 | 2020-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP1337568A patent/JPH03197676A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6680489B1 (en) * | 1995-12-20 | 2004-01-20 | Advanced Technology Materials, Inc. | Amorphous silicon carbide thin film coating |
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JP6016037B2 (ja) * | 2011-05-24 | 2016-10-26 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 赤外線透過膜、赤外線透過膜の製造方法、赤外線用光学部品および赤外線装置 |
JP2020177256A (ja) * | 2014-10-30 | 2020-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
JP2017128491A (ja) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
WO2017126394A1 (ja) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
US10807908B2 (en) | 2016-01-18 | 2020-10-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical component |
JP2020180378A (ja) * | 2016-01-18 | 2020-11-05 | 住友電気工業株式会社 | 光学部品 |
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