ZnS远红外窗口增透保护膜的设计与制备研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanzhijianer
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在远红波段处(8~12μm),ZnS是理想的窗口材料,具有优异的光学性质,在日常生活和军事应用当中发挥着重要作用。但ZnS的理论透过率低、硬度差,难以满足应用要求。特别是应用于飞行器窗口时,由于飞行器高速飞行导致高温、高压、强撞击,ZnS的透过性能急剧下降。为了满足应用要求,需要在ZnS表面镀制增透保护膜系。Y2O3和SiO2有很强的硬度,并且透射性能良好,可以作为ZnS表面的增透保护膜层。  本文采用FtgSottware公司的filmstar软件进行模拟。模拟结果表明,在ZnS衬底上镀制cSiO2/bY2O3/ZnS复合膜系后,在8~12μm处,理论透过率可达98.373%,如镀制cSiO2/bY2O3/aSiO2/ZnS膜系理论透过率可达99.99450%,比没有经过镀膜的ZnS材料透过率提高22.752%。能够满足生活和军事上的应用要求。  本实验对ZnS衬底进行抛光,依据正交试验表设定实验参数,采用射频磁控溅射的方法生长膜层,并分析了不同实验参数对膜层沉积速率、结晶情况和形貌的影响,并成功的在ZnS衬底上镀制双面增透保护膜,取得了预期效果。  实验结果分别由台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子谱(XPS)、傅里叶红外光谱仪和小负荷维氏硬度仪进行测试表征。XRD测试结果表明SiO2为非晶态结构,在800℃退火后没有明显的结晶情况。Y2O3为多晶态结构,存在立方晶系结构和单斜晶系结构,在800℃退火后单斜晶系结构消失,结晶情况明显增强。XPS测试结果表明,射频磁控溅射可以在ZnS上生长出高质量的SiO2、 Y2O3薄膜。SEM和AFM测试结果表明在基底上生长的SiO2,Y2O3薄膜表面平整光滑,没有开裂脱落现象。通过对沉积速率的计算,可以精确控制膜层厚度。  本实验镀制的cSiO2/bY2O3/aSiO2/ZnS/aSiO2/bY2O3/cSiO2双面膜系结构透过率和硬度都有显著的提高,最大透过率为83%,比未经镀膜的提高了14%,最强膜系的硬度为429.85 Kg/mm2,比未经镀膜的ZnS增加了186.41 Kg/mm2。
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