專利名稱：一種大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法
技術領域：
本發明涉及制備介質保護膜層的技術領域，特別涉及一種大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法。
背景技術：
隨著天文學的發展，要求更高的空間分辨率，促使觀測望遠鏡向大口徑方向發展。為了在可見光譜區獲得高反射率，大型反射鏡的膜層多為單層純鋁反射膜，根據使用環境和鍍制手段的不同，鋁膜的使用壽命一般在1-3年。為提高鋁膜的耐損傷性和耐腐蝕性，延長鋁膜的使用壽命，需要在鋁反射面上鍍制一層透明牢固的材料作為保護層。由于適合作保護膜材料的選取范圍和制備方式具有一定的狹隘性，目前主要采用由下向上蒸發的制備方式。但是隨著鏡面口徑變大，鏡體質量增加(例如口徑I. 8米的鏡體質量可達到2噸)，由下向上蒸發不但要考慮到鏡體吊掛在上方面形的變化，還要考慮到鏡體吊裝翻轉存在的巨 大風險。出于安全性考慮，MMT和Subaru曾嘗試使用近水平蒸發以及由上向下蒸發方法來鍍制金屬反射膜。但是自上向下鍍制保護膜來延長金屬反射膜的壽命卻存在著較大的技術難度。等離子體聚合法制備保護膜能夠很好地保證保護膜制備的安全性，但是在目前制備等離子體聚合薄膜的裝置成本高，薄膜的熱穩定性、化學穩定性以及機械損傷性都需要改進，有一定的局限性。

發明內容
本發明的目的在于提出了一種大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法，選擇一氧化硅(SiO)材料及特殊設計的蒸發舟，采用自上向下的熱蒸發方式，能夠制備出具有優良性能的保護膜層，其為大型望遠鏡主鏡添加介質保護層延長鋁反射膜的壽命提供技術手段。本發明的技術解決方案一種大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法，該方法包括如下步驟步驟(I)、一氧化硅(SiO)蒸發材料裝載于鑰蒸發舟中，加熱升華后蒸發；所述的鑰蒸發舟由儲料室、氣體運行通道和隔熱層三部分組成，所述的鑰蒸發舟上方有兩個帶蓋的圓孔作為填料口分別與下方兩個相互獨立的儲料室相連通，所述的鑰蒸發舟下方中間有一圓孔是作為氣體材料出射口，而儲料室和出射口之間的區域就為氣體運行通道部分，通道內有三個隔板來改變氣體的運行路線從而使氣體帶出的固體顆粒仍然留在所述的鑰蒸發舟內，儲料室與高壓電極緊密相連，通過高電流加熱整個儲料室和氣體運行通道來實現材料的蒸發，隔熱層包裹著儲料室和氣體運行通道，通過兩個小焊接片與前者相連來實現固定，加熱過程有很小電流通過，起到隔熱作用；步驟(2)、采用自上向下的熱蒸發方法，一氧化硅(SiO)氣體運動方向朝下；步驟(3)、一氧化硅(SiO)氣體運動于高純氧氣環境中，氧化生成近二氧化硅(SiO2)的物質 SiOx，其中 l〈x〈2 ；步驟(4)、氧化后的SiOx碰撞并粘附到下方玻璃基板表面，堆積形成保護膜層，該保護膜層為無色介質膜層，折射率介于一氧化硅(SiO)和二氧化硅(SiO2)之間，隨著氧化的程度表現為一氧化硅(SiO)或二氧化硅(SiO2)的特性，通過此方法能夠對大口徑鋁反射膜主鏡進行介質保護膜層的制備。進一步的，所述的鑰蒸發舟也可以采用鎢蒸發舟。進一步的，所述的高純氧氣流量范圍為25sccm-100sccm。本發明的原理是在常溫狀態下，一氧化硅(SiO)為棕褐色粉狀或細塊狀，且其具有低熔點(1200°C -1600°C)升華的物理特性，因此可提供裝載于特制容器中受熱向下蒸發的可行性和安全性。一氧化硅高溫升華為氣體，并通過蒸發源下方的出射口向下運動，在運動過程中經非充分氧化生成SiOx (1<χ<2)，過程為 Si0+02 — SiOx (1〈χ〈2)(I)氧化后的Si0x(l〈x〈2)碰撞并粘附到下方玻璃基板表面，堆積形成保護膜層。SiOx(1<χ<2)膜層為無色介質膜層，折射率介于一氧化硅(SiO)和二氧化硅(SiO2)之間，隨著氧化的程度表現為一氧化硅(SiO)或二氧化硅(SiO2)的特性。本發明與現有技術相比的優點在于提供一種安全的、自上向下制備介質保護膜層的方法，只需要加熱就可以實現，結構簡單、成本低廉，用途廣泛，大大延長了鋁反射膜的使用壽命。


圖I為本發明實際實施的設備裝置位置示意圖；圖2為SiO材料受熱升華后在鑰蒸發舟內運動路線示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。一氧化硅(SiO)蒸發材料裝載于經過特殊設計的鑰蒸發舟中。鑰蒸發舟由儲料室、氣體運行通道和隔熱層三部分組成。舟上方有兩個帶蓋的圓孔作為填料口分別與下方兩個相互獨立的儲料室相連通。舟下方中間有一圓孔是作為氣體材料出射口，而儲料室和出射口之間的區域就為氣體運行通道部分。通道內有三個隔板來改變氣體的運行路線從而使氣體帶出的固體顆粒仍然留在舟內。整個儲料室和氣體運行通道除了填料口和出射口以外，其余部分都是嚴格密封的。儲料室與高壓電極緊密相連，通過高電流加熱整個儲料室和氣體運行通道來實現材料的蒸發。隔熱層包裹著儲料室和氣體運行通道，通過兩個小焊接片與前者相連來實現固定，整個隔熱層大部分為斷路狀態，加熱過程有很小電流通過，因此隔熱層溫度與周圍空間溫度相當，起到隔熱作用。制備過程中主鏡鏡面朝上，蒸發舟位于主鏡鏡面上方，采用自上向下的熱蒸發方法。蒸發過程中要充入高純氧氣把一氧化硅(SiO)氣體氧化為透明、高硬度的SiOx (1〈χ〈2)。高純氧氣流量范圍為25sccm—IOOsccmo如圖I所示，本發明實際實施的設備裝置由上真空室I、下真空室2、主鏡3、支撐
4、轉動工件盤5、輝光放電裝置6、鎢絲環大加熱子7、鑰蒸發舟8組成。
I、主鏡3進行整體清潔，尤其鏡面要特別擦拭。處理好的主鏡3面朝上吊裝于位于下真空室2的支撐4上。為保證主鏡3的面形變化在可控范圍內，支撐4可以為多面支撐也可以為多點支撐(例如18點柔性面支撐)。支撐4下端固定在轉動工件盤5上。封閉
真空室。2、盡量獲得高真空度(例如3.0 X 10_4pa)，充入氬氣(Ar)。根據泵的抽速來決定僅有一泵抽氣或者關閉泵停止抽氣，一般在壓強穩定在4. Opa左右開始打開輝光放電裝置6對主鏡3以及真空室進行輝光清洗并排除雜質。清洗大約10-20分鐘后，關閉輝光放電裝置6并恢復高真空。3、為提高膜層附著力，恢復高真空的時間一般控制在15分鐘以內。充氬氣之前真空度越高，恢復時間越短。當之前壓強為3.0X10_4pa，恢復到5.0X10_4pa所用時間大約為10分鐘。4、當壓強達到5. O X 10-4pa左右，開始通過加熱鎢絲環大加熱子7來完成鋁反射膜 的制備。按照鍍膜設備內徑3200mm的尺寸計算，可以選擇引腳中心距為60mm的鎢絲環大加熱子共72根均勻分布于直徑2600mm的圓環上來進行鋁的蒸發。蒸發厚度約為120nm。5、鋁反射膜制備完成后，打開轉動電源，使轉動工件盤5平穩勻速轉動從而帶動主鏡3均勻轉動，轉速為5rad/min_10rad/min。6、持續充入高純氧氣,流量為50sccm_100sccm。7、SiOx(1<χ<2)保護膜的制備是加熱裝載于如圖2的鑰蒸發舟8中的一氧化硅(SiO)來完成的。鑰蒸發舟8可以選擇相同的3個按照120°圓心角分布于主鏡3上方上真空室I內部頂端的同一圓環上。壓強穩定后，打開蒸發電源對鑰蒸發舟8進行加熱蒸發，蒸發速率控制在O. 09nm/s-l. 2nm/s。蒸發厚度約150nm。
權利要求
1.一種大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟 步驟(I)、一氧化硅(SiO)蒸發材料裝載于鑰蒸發舟中，加熱升華后蒸發；所述的鑰蒸發舟由儲料室、氣體運行通道和隔熱層三部分組成，所述的鑰蒸發舟上方有兩個帶蓋的圓孔作為填料口分別與下方兩個相互獨立的儲料室相連通，所述的鑰蒸發舟下方中間有一圓孔是作為氣體材料出射口，而儲料室和出射口之間的區域就為氣體運行通道部分，通道內有三個隔板來改變氣體的運行路線從而使氣體帶出的固體顆粒仍然留在所述的鑰蒸發舟內，儲料室與高壓電極緊密相連，通過高電流加熱整個儲料室和氣體運行通道來實現材料的蒸發，隔熱層包裹著儲料室和氣體運行通道，通過兩個小焊接片與前者相連來實現固定，加熱過程有很小電流通過，起到隔熱作用； 步驟(2)、采用自上向下的熱蒸發方法,一氧化娃(SiO)氣體運動方向朝下； 步驟(3)、一氧化硅(SiO)氣體運動于高純氧氣環境中，氧化生成近二氧化硅(SiO2)的物質SiOx，其中l<x<2 ； 步驟(4)、氧化后的SiOx碰撞并粘附到下方玻璃基板表面，堆積形成保護膜層，該保護膜層為無色介質膜層，折射率介于一氧化硅(SiO)和二氧化硅(SiO2)之間，隨著氧化的程度表現為一氧化硅(SiO)或二氧化硅(SiO2)的特性，通過此方法能夠對大口徑鋁反射膜主鏡進行介質保護膜層的制備。
2.根據權利要求I所述的大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法，其特征在于所述的鑰蒸發舟也可以采用鎢蒸發舟。
3.根據權利要求I所述的大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法，其特征在于所述的高純氧氣流量范圍為25sccm-100sccm。
全文摘要
本發明提供一種大型望遠鏡鋁反射主鏡介質保護膜層的制備方法，其采用主鏡面朝上、保護膜蒸發源位于鏡面上方，自上向下的制備方式，保護膜材料為一氧化硅(SiO)，裝載于經過特殊設計的鉬蒸發舟中，加熱升華向下蒸發，通過氧化作用生成透明、牢固的SiOx(1<x<2)保護膜層。本發明提供一種鋁反射膜介質保護膜層的制備方法，能夠極大地延長鋁反射膜的使用壽命。
文檔編號G02B1/11GK102808153SQ20121030787
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者劉洪祥, 裴文俊 申請人:中國科學院光電技術研究所