一种曲面随机金属网栅的制作方法技术

本发明专利技术涉及电磁屏蔽实现方法，具体公开一种曲面随机金属网栅的制作方法。所述方法包括：在曲面基底表面上镀制金属膜，其中所述金属膜自所述曲面基底依次为钛膜和铜膜；采用飞秒激光在上述镀有钛膜和铜膜的曲面基底聚焦，在所述钛膜和铜膜上按照预设的随机图案进行至少两次扫描刻蚀，其中所述飞秒激光经过光束整形系统，使激光光束能量分布由高斯形状转变成平顶形状；将上述刻蚀后的曲面基底进行清洗，得曲面随机金属网栅。通过本方法可制备曲面电磁屏蔽金属网栅，同时通过随机图案的设计，减小高级次杂散光对成像质量影响，本方法操作简单，可实现大规模工业生产。可实现大规模工业生产。可实现大规模工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种曲面随机金属网栅的制作方法


[0001]本专利技术涉及电磁屏蔽实现方法，尤其涉及一种曲面随机金属网栅的制作方法。

技术介绍

[0002]在新一轮科技革命和产业革命的加速推动下，“多域作战”这一新型作战理论对未来作战影响日益增大，而电磁频谱战是现代多域作战体系的重要组成部分，直接关系着战争的成败。这对武器装备在复杂电磁环境下的作战能力提出更高的要求，因此，在武器装备的设计中必须要采取电磁屏蔽措施确保其跟踪和制导精度。在光学窗上制备金属网栅是实现武器装备电磁隐身的一种最有效途径。
[0003]目前，高性能的金属网栅主要通过真空镀膜技术、激光直写及光刻显影等方式实现。然而，光刻显影只适用于平面金属网栅的制作，且工艺复杂；基于激光直写技术制作的曲面电磁屏蔽金属网栅薄膜通常都是周期性的经纬图案，实际使用过程中该类金属网栅无法避免高级次衍射造成的杂散光影响，从而影响红外探测系统的成像灵敏度和精度。
[0004]美国亚利桑那大学Vaibhav Bora等人首次提出随机的图案结构有利于提高高级次衍射分布的均匀性。围绕曲面随机金属网栅制作，也有研究。例如，有研究采用裂纹模板法制备曲面随机金属网栅结构，大幅降低了高级次衍射能量分布不均匀性。但该方法图案结构不可控，可重复性差，同时，其复杂的工艺使获得的金属网栅线条精度差、易断线，并不适合工程化应用。再如，也有采用飞秒激光技术制备金属网栅，即在涂附有光刻胶的透明介质基板表面刻蚀出方格、圆环、菱形以及六边形等金属网栅图案，最终将透明介质基板重叠获得电磁屏蔽光窗。该方案可用于制造多层金属网栅电磁屏蔽光窗，解决了现有金属网栅不能很好的屏蔽低频电磁波段的问题。但该方法采用光刻胶存在工艺相对比较复杂、曝光不彻底、加工效率低等问题，且不适合大口径曲面电磁屏蔽光学窗随机金属网栅的加工制备。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种曲面随机金属网栅的制作方法，通过本方法可制备曲面电磁屏蔽金属网栅，同时通过随机图案的设计，减小高级次杂散光对成像质量影响，本方法操作简单，可实现大规模工业生产。
[0006]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]一种曲面随机金属网栅的制作方法，包括以下步骤：
[0008]S1，在曲面基底表面上镀制金属膜，其中所述金属膜自所述曲面基底依次为钛膜和铜膜；
[0009]S2，采用飞秒激光在上述镀有钛膜和铜膜的曲面基底聚焦，在所述钛膜和铜膜上按照预设的随机图案进行至少两次扫描刻蚀，其中所述飞秒激光经过光束整形系统，使激光光束能量分布由高斯形状转变成平顶形状；
[0010]S3，将上述刻蚀后的曲面基底进行清洗，得曲面随机金属网栅。
[0011]相对于现有技术，本专利技术提供的曲面随机金属网栅的制作方法操作简单，可实现大规模工业生产，可根据实际需要在曲面基底上大批量灵活制作随机金属网栅，减小高级次杂散光对成像质量影响，最终获得较高的电磁屏蔽效率。选用钛膜和铜膜的组合膜作为金属层，钛膜的导电性能优良，并且是较好的粘结层，铜膜可降低金属网栅的制作成本；通过光束叠加多次加工的方式可有效避免金属条纹缺陷的产生；平顶形状的激光光束能量分布可避免加工过程中因能量分布不均而产生锥状的烧蚀形貌。
[0012]优选地，步骤S1中，所述钛膜厚度为20～40nm，所述铜膜厚度为500～600nm。利用钛膜较好的粘结性能，在曲面基底与铜膜之间形成过渡层。
[0013]优选地，步骤S1中，所述金属膜采用真空蒸发镀膜或磁控溅射镀膜的方法制备。
[0014]进一步优选地，所述真空蒸发镀膜的工艺参数为真空室的真空度为6.0
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‑4～5.0
×
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‑3Pa、温度为120～160℃，工转15～25r/min，抽真空保温时间20～40min，镀制结束冷却时间20～30min。
[0015]优选地，步骤S2中，所述飞秒激光的激光波长为405～780nm，脉冲宽度为290～500fs，重复频率为50～200kHz，功率密度为1.25～1.38J/cm2。优选的激光波长可保证激光对钛膜和铜膜的刻蚀效果；优选的激光功率大于钛膜和铜膜的烧蚀阈值，以确保能将铜和钛刻蚀掉，同时激光功率密度小于曲面基底的烧蚀阈值，以保护曲面基底不被损坏。
[0016]进一步优选地，所述飞秒激光的激光波长为515nm。
[0017]优选地，所述平顶形状的激光光束的光斑尺寸为7～13μm。
[0018]优选地，步骤S2中，飞秒激光的扫描速率为15～25mm/s。
[0019]优选地，在步骤S1前，还包括曲面基底的预处理，预处理方式为使用丙酮对曲面基底进行超声清洗或擦拭。
[0020]优选地，步骤S3中，所述清洗为使用丙酮对刻蚀后的曲面基底进行超声清洗或冲洗。
[0021]优选地，在步骤S2开始前，使用离子源轰击曲面基底5～8min。通过离子源轰击曲面基底可进一步对曲面基底进行清洁，保证镀膜效果。
[0022]优选地，在步骤S2的飞秒激光加工光路中增加一路成像系统，用于实时观测加工过程，对于出现的失焦、线宽和能量变化做出实时调整。
[0023]优选地，步骤S1中，所述曲面基底的材质为硫化锌、石英玻璃、蓝宝石、氟化镁、透明陶瓷和透明高聚物中的至少一种。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据该附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例1提供的硫化锌整流罩表面的曲面随机金属网栅的影像仪照片(单位：mm)。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]实施例1
[0028](1)准备制备原料，准备的原料包括丙酮、铜、钛；曲面基底选择口径为120mm，曲率半径为79.5mm的硫化锌整流罩。
[0029](2)用丙酮擦拭整流罩内外侧，将清洁后的整流罩置于真空室中，采用真空蒸发镀膜方法，用离子源轰击整流罩5min，依次蒸镀20nm钛膜和500nm铜膜。工艺参数为真空室真空度6.0
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‑4Pa，真空室温度120℃，工转15r/min，抽真空保温时间20min，镀制结束冷却时间20min。
[0030](3)飞秒激光器经过特殊光束整形系统，激光光束能量分布由高斯形状转变成平顶形状，避免了加工过程中因能量分布不均而产生锥状的烧蚀形貌，通过聚焦平顶光束的光斑尺寸为7μm。飞秒激光的激光波长为405nm，脉冲宽度为290fs，重复频率为50kHz，功率密度为1.25J/cm2。采用飞秒激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种曲面随机金属网栅的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在曲面基底表面上镀制金属膜，其中所述金属膜自所述曲面基底依次为钛膜和铜膜；S2，采用飞秒激光在上述镀有钛膜和铜膜的曲面基底聚焦，在所述钛膜和铜膜上按照预设的随机图案进行至少两次扫描刻蚀，其中所述飞秒激光经过光束整形系统，使激光光束能量分布由高斯形状转变成平顶形状；S3，将上述刻蚀后的曲面基底进行清洗，得曲面随机金属网栅。2.如权利要求1所述的曲面随机金属网栅的制作方法，其特征在于，步骤S1中，所述钛膜厚度为20～40nm，所述铜膜厚度为500～600nm。。3.如权利要求1所述的曲面随机金属网栅的制作方法，其特征在于，步骤S1中，所述金属膜采用真空蒸发镀膜或磁控溅射镀膜的方法制备。4.如权利要求3所述的曲面随机金属网栅的制作方法，其特征在于，所述真空蒸发镀膜的工艺参数为真空室的真空度为6.0
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【专利技术属性】
技术研发人员：张振雲，马远飞，薛丽青，林泉，尚鹏，麻皓月，刘晓华，石红春，
申请(专利权)人：有研国晶辉新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：