ZnS遠(yuǎn)紅外窗口增透保護(hù)膜的設(shè)計(jì)與制備研究.pdf

1、在遠(yuǎn)紅波段處（8~12μm），ZnS是理想的窗口材料，具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，在日常生活和軍事應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮著重要作用。但ZnS的理論透過(guò)率低、硬度差，難以滿(mǎn)足應(yīng)用要求。特別是應(yīng)用于飛行器窗口時(shí)，由于飛行器高速飛行導(dǎo)致高溫、高壓、強(qiáng)撞擊，ZnS的透過(guò)性能急劇下降。為了滿(mǎn)足應(yīng)用要求，需要在ZnS表面鍍制增透保護(hù)膜系。Y2O3和SiO2有很強(qiáng)的硬度，并且透射性能良好，可以作為ZnS表面的增透保護(hù)膜層。
　　本文采用FtgSottware公司

2、的filmstar軟件進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果表明，在ZnS襯底上鍍制cSiO2/bY2O3/ZnS復(fù)合膜系后，在8~12μm處，理論透過(guò)率可達(dá)98.373％，如鍍制cSiO2/bY2O3/aSiO2/ZnS膜系理論透過(guò)率可達(dá)99.99450％，比沒(méi)有經(jīng)過(guò)鍍膜的ZnS材料透過(guò)率提高22.752％。能夠滿(mǎn)足生活和軍事上的應(yīng)用要求。
　　本實(shí)驗(yàn)對(duì)ZnS襯底進(jìn)行拋光，依據(jù)正交試驗(yàn)表設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，采用射頻磁控濺射的方法生長(zhǎng)膜層，并分析了不同實(shí)驗(yàn)

3、參數(shù)對(duì)膜層沉積速率、結(jié)晶情況和形貌的影響，并成功的在ZnS襯底上鍍制雙面增透保護(hù)膜，取得了預(yù)期效果。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別由臺(tái)階儀、X射線(xiàn)衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、X射線(xiàn)光電子譜（XPS）、傅里葉紅外光譜儀和小負(fù)荷維氏硬度儀進(jìn)行測(cè)試表征。XRD測(cè)試結(jié)果表明SiO2為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，在800℃退火后沒(méi)有明顯的結(jié)晶情況。Y2O3為多晶態(tài)結(jié)構(gòu)，存在立方晶系結(jié)構(gòu)和單斜晶系結(jié)構(gòu)，在800℃退火后單斜晶系結(jié)構(gòu)

4、消失，結(jié)晶情況明顯增強(qiáng)。XPS測(cè)試結(jié)果表明，射頻磁控濺射可以在ZnS上生長(zhǎng)出高質(zhì)量的SiO2、 Y2O3薄膜。SEM和AFM測(cè)試結(jié)果表明在基底上生長(zhǎng)的SiO2，Y2O3薄膜表面平整光滑，沒(méi)有開(kāi)裂脫落現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)沉積速率的計(jì)算，可以精確控制膜層厚度。
　　本實(shí)驗(yàn)鍍制的cSiO2/bY2O3/aSiO2/ZnS/aSiO2/bY2O3/cSiO2雙面膜系結(jié)構(gòu)透過(guò)率和硬度都有顯著的提高，最大透過(guò)率為83％，比未經(jīng)鍍膜的提高了14％，最強(qiáng)