JPH0531518B2 - - Google Patents

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。 〔従来の技術〕 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。 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。 例えば、多結晶の硫化亜鉛は波長0.6μｍ〜
14.0μｍの広い領域で光透過性を示し、200×150
mm程度の比較的大型の多結晶がCVD法、ホツト
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（Ge）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、ホツトプレス法によ
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250〜350及び曲
げ強度が0.9〜10.0Kg／mm²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ヨ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、
レインエロージヨ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く、破壊
起点となる場合がある等、高速飛翔体にとつて重
大事態を引き起す原因となりうるものである。 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つた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 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、耐スクラツチ性及び耐レイン
エロージヨン性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
窓材を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の耐環境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内層
として炭化珪素質被膜又はMgF₂被膜を外層とし
てダイヤモンド状炭素膜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、内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CVD法あるいは、イオンプレーテイン
グ法、スパツタリング法等によつて形成すること
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プレ
ーテイングしても良い。内層としてMgF₂被膜を
用いる場合は、公知の真空蒸着法、イオンプレー
テイング法、又はスパツタリング法によつて形成
することができる。 〔作用〕 内層の炭化珪素質被膜又はMgF₂被膜は可視か
ら赤外の光に対して十分な透過性を有し、硫化亜
鉛に対して密着度の高い被膜を形成することがで
きる。外層のダイヤモンド状炭素膜は化学的に安
定であり、硬度がビツカース硬度で3000〜10000
Kg／mm²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イ
ングすると密着性に劣り、実用に耐えない。そこ
で炭化珪素、又はMgF₂を中間層として形成する
ことにより密着性良く形成できることが判明し
た。 従つて、内層として炭化珪素質又はMgF₂、外
層としてダイヤモンド状炭素膜より成る複層被膜
で硫化亜鉛基材のすくなくとも一表面を密着度良
く被覆することにより、耐スクラツチ性及び耐レ
インエロージヨン性が改善され、しかも硫化亜鉛
基材の透光性を損なうことが少ないため、高速飛
翔時等の激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。 また、上記複層被膜のさらに外層にARコーテ
イング等の目的で、他の材料の被膜を１層以上形
成することも透光性を大きく損なわない限り可能
である。 炭化珪素質又はMgF₂被膜の膜厚は100Å〜5μ
ｍの範囲が好ましい。膜厚が100Å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、5μｍ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200Å未満では表面の
耐スクラツチ性及び耐レインエロージヨン性の向
上が少なく、200μｍ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10μｍ迄の赤外光の範囲で使
用が可能である。特に、使用波長帯が８〜10μｍ
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。 〔実施例〕 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摩加工し透光性硫化亜鉛基
材とした。この基材の片面に表１に示すような膜
厚の炭化珪素質、MgF₂ダイヤモンド質を夫々成
膜した複合材料を作製した。 なお、炭化珪素質成膜は四塩化珪素、メタンガ
スを原料とし、公知のCVD法により基材温度約
500℃で実施した。MgF₂被膜は真空蒸着法によ
つた。ダイヤモンド質成膜は公知の13.56MHz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、基材温度約150℃で実施した。
密着度については被膜面の目視観察と引つかきテ
ストにより評価した。 耐スクラツチ性を評価するため以下の記載の方
法を取つた。 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
しなかつ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、これらの結果を表１に示した。

【表】 表１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ツチ性が良いと評価で
きる。この表から明らかな様に、内層に炭化珪素
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。 〔発明の効果〕 本発明によれば、赤外光透過性に優れた硫化亜
鉛基材の少なくとも一表面に内層として炭化珪素
質被膜又はMgF₂被膜、外層としてダイヤモンド
状炭素膜を形成することによつて表面の硬度が高
く、可視光から波長10μｍ迄の光透過性及び耐ス
クラツ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つて、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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透光性の硫化亜鉛基材の少なくとも一表面
   に、内層として炭化珪素質被膜又はMgF₂、被膜
   外層としてダイヤモンド状炭素膜を形成したこと
   を特徴とする耐環境性にすぐれた複合光学窓材。 ２ 上記内層被膜が非晶質炭化珪素、又MgF₂で
   あつて膜厚が100Å〜5μｍであることを特徴とす
   る特許請求の範囲１項記載の耐環境性にすぐれた
   複合光学窓材。 ３ 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１項記載の耐環境性にすぐれた複合光学窓材。 ４ 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１項、又は２項
   又は３項記載の耐環境性にすぐれた複合光学窓
   材。