一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法技术

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

【技术实现步骤摘要】
一种ZnS基底长波红外增透保护膜及其制备方法


[0001]本申请涉及薄膜
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]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。
[0007]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；
[0008]其中，ZnS基底厚度：2
‑
15mm；
[0009]各层的厚度为：
[0010]ZnS膜层：80
‑
120nm，Y2O3膜层：1000
‑
1300nm，所述Y2O3层中的膜层表面的膜层结构逐渐变化。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]在本申请的一些实施方式中，所述亚层的厚度为90
‑
130nm。
[0014]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。
[0015]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：
[0016]1)对ZnS基底进行抛光处理和表面处理；
[0017]2)在所述ZnS基底上沉积ZnS膜层；
[0018]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；
[0019]其中，ZnS基底厚度：2
‑
15mm；
[0020]各层的厚度为：
[0021]ZnS膜层：80
‑
120nm，Y2O3膜层：1000
‑
1300nm。
[0022]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。
[0023]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；
[0024]其中，所述亚层的厚度为90
‑
130nm。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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
[0030]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。
[0031]图1为本申请一种实施方式的剖面结构示意图；
[0032]图2为本申请另一种实施方式的剖面结构示意图；
[0033]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；
[0034]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。
[0035]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。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述的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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，钱纁，肖红涛，党参，滕祥红，张克宏，石岩，
申请(专利权)人：北京中材人工晶体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：