一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，包括基体，基体上镀Ti膜，Ti膜上镀Ag膜，Ag膜上镀TiO2膜，TiO2膜上镀SiO2膜，SiO2膜上镀TiO2膜，TiO2膜与SiO2膜交替进行4个循环，在第4个循环结束时，SiO2膜上镀Ag膜，Ag膜上再镀TiO2膜，TiO2膜上镀SiO2膜……再交替进行4个循环，在最后一层SiO2膜上再镀TiO2膜，制备出激光器件用高反射膜层。本发明专利技术制备的高反射膜层耐高温、耐气流温度变化产生的应力、耐废气中强酸腐蚀，性能稳定。磁控溅射制备的TiO2/SiO2结合力强，离子能量在100ev左右，膜层的厚度可以根据工艺进行精确控制。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层及其制备方法
本专利技术属于光学反射膜系
，具体涉及一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层及其制备方法。
技术介绍
超短脉冲激光广泛运用于生物医疗、军事、环境监测、工业加工等领域中，引起了极大的研究兴趣。激光技术近年在工业生产应用越来越广泛，在激光技术制备过程中，对激光反射膜系以及相关器件的制备技术要求越来越高。对于在激光器内多次反射的膜系，提高膜系的反射率0.1%，输出功率会提高10%。反射率提高，不但增强了输出功率，同时，减少能量损耗，使得热量转化较少，减少器件腔镜的热畸变，使得反射膜系薄膜寿命增大。由高折射率与低折射率的反射膜交替生长构成高反射膜系，每层光学薄膜厚度为所要反射波段波长的四分之一为最佳，这些已经在理论上得到了实证。高折射率膜系如SiO2/AlNx。低折射率膜系，介质膜如Ta2O、TiO2，以及金属膜系作为低折射率膜系。常用的高反交替膜系的主要有以下几大膜系，介质/介质膜系如Ta2O/SiO2，TiO2/SiO2,介质/金属/介质如TiO2/Ag/TiO2。这些高反射膜系可以在环境监测领域种使用，在检测领域，激光器件是检测烟气化学成分装置的一个重要器件，烟气的温度在200-300℃，气流不稳定，温度变化范围大，同时，其含有SO2、POx等大量酸性腐蚀性物质，这对激光器件的反射装置破坏性极大，反射膜系在不稳定的热气流吹动下，引起薄膜内部应力的集中，薄膜表层生成微裂纹，微裂纹逐步生长，部分翘起，然后脱落；北京某公司的器件基材选择的SiO2、反射膜系采用的为普通TiO2/SiO2交替多层膜系，在实际应用中，TiO2/SiO2极易脱落，寿命短，一旦多层膜系表层破坏，就减小了反射率，使得输出功率减少，产品的可靠性也大大降低。先前制备TiO2/SiO2主要由脂类水解法以及电子束蒸发镀膜方式，制备TiO2/SiO2可以由脂类水解法，反应式如下：水解反应：Si(OC2H5)4+4H2O--------Si(OH)4+4C2H5OHTi(OC2H5)4+4H2O--------Ti(OH)4+4C2H5OH脱水反应：Si(OH)4--------SiO2+2H2OTi(OH)4--------TiO2+2H2O采用脂类水解法，这种方式制备的厚度不易控制；采用电子束蒸发镀膜方式制备的结合力差，TiO2/SiO2的能量在10ev左右。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是高反射膜在使用过程中部分翘起，然后脱落的难题，为解决上述问题，本专利技术提供一种采用磁控溅射的方式制备出了耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，制备出奇数（2k+1）膜层增反的膜系，膜层结构则为A|HLH|G，A为空气，H为高折射率膜层，L为低折射膜系，G为基材。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，包括基体，基体上镀Ti膜，Ti膜上镀Ag膜，Ag膜上镀TiO2膜，TiO2膜上镀SiO2膜，SiO2膜上镀TiO2膜，TiO2膜与SiO2膜交替进行4个循环，在第4个循环结束时，SiO2膜上镀Ag膜，Ag膜上再镀TiO2膜，TiO2膜上镀SiO2膜……再交替进行4个循环，在最后一层SiO2膜上再镀TiO2膜，制备出激光器件用高反射膜层。所述基体为Ti合金基材。所述Ti合金基材为Ti-6Al-4V合金。所述Ti膜的厚度为20-30nm，Ag膜、TiO2膜和SiO2膜的厚度均为500-650nm。所述基体的厚度大于等于500μm。上述的耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层的制备方法，具体步骤如下：1）基体制备：抛光基体；2）磁控溅射镀Ti膜：在Ti合金基材表面镀Ti膜；3）镀Ag膜：在Ti膜上镀反射膜Ag膜；4）镀TiO2膜：在Ag膜上镀高透射膜TiO2膜；5）镀SiO2膜：在TiO2膜上镀高反射膜SiO2膜；6）交替镀膜：TiO2膜与SiO2膜交替进行8个循环，在第4个循环结束时，SiO2膜上镀Ag膜，Ag膜上再镀TiO2膜，TiO2膜上镀SiO2膜……交替进行剩余的4个循环，在最后一层SiO2膜上再镀TiO2膜；7）400℃真空退火处理30-60min。采用射频磁控溅射镀膜方式镀Ti膜，工艺参数如下：Ar气体流量在40-45sccm；气压选择在0.5-0.8Pa；功率为150-200W，镀膜速率在15-20nm/min。采用直流磁控溅射镀膜方式镀Ag膜，工艺参数如下：Ar气体流量在40-45sccm；气压选择在0.5-0.8Pa；功率为50-100W，镀膜速率在50-60nm/min。采用直流反应磁控溅射镀TiO2膜，工艺参数如下：Ar：O2=40：5，气体流量在45sccm；气压选择在0.5-0.8Pa；功率为200-220W，镀膜速率在3-5nm/min。采用射频磁控溅射镀SiO2膜，工艺参数如下：Ar气体流量在40-45sccm；气压选择在0.5-0.8Pa；功率为150-200W，在镀膜过程中，进行补氧，O2的流量为4-5sccm。相对于一般采用SiO2基材作为基底，本专利技术采用了Ti合金作为基底，在气流大温差变动，Ti合金减小了镀层薄膜的张力，使得复合膜层能够承受更大的应力变形，交替复合薄膜不容易破碎。本专利技术采用Ti合金的基材，高温钛合金的牌号为Ti-6Al-4V，在温度为300-350℃范围内使用，满足工况条件。本专利技术中间增加了Ag材料，Ag材质柔软，在温差急剧变化的条件下，Ag膜系可以变形减少膜系的应力集中。本专利技术制备的高反射膜层耐高温、耐气流温度变化产生的应力、耐废气中强酸腐蚀，性能稳定。本专利技术制备高反射膜层的使用寿命比现有技术增加1倍。本专利技术制备的高反射膜层耐高温、耐气流温度变化产生的应力、耐废气中强酸腐蚀，性能稳定。磁控溅射制备的TiO2/SiO2结合力强，离子能量在100ev左右，膜层的厚度可以根据工艺进行精确控制。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。其中，1是基体；2是Ti膜；3是Ag膜；4是TiO2膜；5是SiO2膜。具体实施方式如图1所示，一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，包括基体，基体上镀Ti膜，Ti膜上镀Ag膜，Ag膜上镀TiO2膜，TiO2膜上镀SiO2膜，SiO2膜上镀TiO2膜，TiO2膜与SiO2膜交替进行4个循环，在第4个循环结束时，SiO2膜上镀Ag膜，Ag膜上再镀TiO2膜，TiO2膜上镀SiO2膜……再交替进行4个循环，在最后一层SiO2膜上再镀TiO2膜，制备出激光器件用高反射膜层。所述基体为Ti合金基材。所述Ti合金基材为Ti-6Al-4V合金，Al：5.5%-6.75%，V：3.5%-4.5%，余量为Ti，在温度为300-350℃范围内使用。烟气的温度在200-300℃，可以满足工况条件。所述Ti膜的厚度为20-30nm，Ag膜、TiO2膜和SiO2膜的厚度均为500-650nm。所述基体的厚度大于等于500μm。上述的耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层的制备方法，具体步骤如下：1）基体制备：抛光基体；2）磁控溅射镀Ti膜：在Ti合金基材表面镀Ti膜；3）镀Ag膜：在Ti膜上镀反射膜Ag膜；4）镀TiO2膜：在Ag膜上镀高透射膜TiO2膜；5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，其特征在于：包括基体（1），基体（1）上镀Ti膜（2），Ti膜（2）上镀Ag膜（3），Ag膜（3）上镀TiO2膜（4），TiO2膜（4）上镀SiO2膜（5），SiO2膜（5）上镀TiO2膜（4），TiO2膜（4）与SiO2膜（5）交替进行4个循环，在第4个循环结束时，SiO2膜（5）上镀Ag膜（3），Ag膜（3）上再镀TiO2膜（4），TiO2膜（4）上镀SiO2膜（5）……再交替进行4个循环，在最后一层SiO2膜（5）上再镀TiO2膜（4），制备出激光器件用高反射膜层。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，其特征在于：包括基体（1），基体（1）上镀Ti膜（2），Ti膜（2）上镀Ag膜（3），Ag膜（3）上镀TiO2膜（4），TiO2膜（4）上镀SiO2膜（5），SiO2膜（5）上镀TiO2膜（4），TiO2膜（4）与SiO2膜（5）交替进行4个循环，在第4个循环结束时，SiO2膜（5）上镀Ag膜（3），Ag膜（3）上再镀TiO2膜（4），TiO2膜（4）上镀SiO2膜（5）……再交替进行4个循环，在最后一层SiO2膜（5）上再镀TiO2膜（4），制备出激光器件用高反射膜层。2.根据权利要求1所述的耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，其特征在于：所述基体（1）为Ti合金基材。3.根据权利要求2所述的耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，其特征在于：所述Ti合金基材为Ti-6Al-4V合金。4.根据权利要求1所述的耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，其特征在于：所述Ti膜（2）的厚度为20-30nm，Ag膜（3）、TiO2膜（4）和SiO2膜（5）的厚度均为500-650nm。5.根据权利要求1所述的耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层，其特征在于：所述基体（1）的厚度大于等于500μm。6.根据权利要求1-5任一所述的耐高温、耐废气中强酸腐蚀激光器件用高反射膜层的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：1）Ti合金基材制备：抛光Ti合金基体；2）磁控溅射镀Ti膜（2）：在Ti合金基材表面镀Ti膜（2）；3）镀Ag膜（3）：在Ti膜（2）上镀反射膜Ag膜（3）；4）镀TiO2膜（4）：在Ag膜（3）上镀高透射膜TiO2膜（4）；5）镀SiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云飞，高志廷，张黎燕，孔一君，张文琼，张文斌，马俊杰，孟祥伟，岳金明，
申请(专利权)人：河南机电职业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41