本發(fā)明涉及一種玻璃深加工領(lǐng)域，特別是涉及一種表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃及其制備方法。

背景技術(shù)：

硫系玻璃是具有優(yōu)良的紅外透過性能的特種玻璃材料，相比于單晶鍺、多晶硒化鋅等晶體類紅外材料，具有熱差系數(shù)低、光學(xué)均勻性好、易于制備等特點(diǎn)，視為新一代溫度自適應(yīng)紅外光學(xué)系統(tǒng)核心透鏡材料，可滿足精確制導(dǎo)武器、戰(zhàn)艦導(dǎo)航以及車載夜視等高端紅外成像系統(tǒng)的配套需求。但硫系玻璃自身的硬度小，強(qiáng)度低，承受外界復(fù)雜環(huán)境能力差，因此在工程應(yīng)用中必須通過鍍膜以提高表面硬度和耐摩擦磨損性能。

類金剛石膜(簡稱dlc)具有硬度高、紅外透過波段寬、抗摩擦磨損性能強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)低溫沉積等優(yōu)點(diǎn)，適合作為硫系玻璃窗口表面增透防護(hù)膜，應(yīng)用于熱成像光學(xué)系統(tǒng)，以增強(qiáng)紅外窗口耐磨損，耐化學(xué)腐蝕的能力，以及提高紅外窗口的透過率。目前，最成熟的dlc制備方法是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(pecvd)。但是，在實(shí)際沉積過程中，pecvd陰極板在離子的不斷轟擊成膜過程中，溫度不斷升高，而硫系玻璃的轉(zhuǎn)變溫度很低(ig6,as40se60僅為185±5℃)，導(dǎo)致鍍膜過程中硫系玻璃變形，表面出現(xiàn)明顯褶皺，嚴(yán)重改變基片加工面形，使基片失效。同時(shí)，受硫系玻璃(12.6-14.7)×10^-6k^-1和dlc膜(2-5)×10^-6k^-1兩者間熱膨脹系數(shù)不匹配的影響，不可避免地會(huì)在硫系玻璃和dlc膜間產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致dlc膜崩裂，無法沉積在硫系玻璃表面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，提供一種新型的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是使其提高硫系玻璃的紅外透過率和表面防護(hù)性能，從而更加適于實(shí)用。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的制備方法，其包括:

1)清洗硫系玻璃基片，抽真空；

2)利用磁控濺射法在所述的硫系玻璃基片上鍍制類金剛石膜。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟2)包括：抽真空至3×10^-3pa以下，通入工作氣體，采用間隙式鍍膜方式鍍制類金剛石膜層，鍍膜溫度低于所述硫系玻璃基片的轉(zhuǎn)變溫度。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟2)的靶材為高純石墨靶；工作壓強(qiáng)為0.1-10pa，沉積功率為10-5000w，靶基距為2-50cm。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟2)的工作氣體為氬氣、氬氣和碳?xì)錃怏w混合氣、氬氣和氫氣混合氣中的一種。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃，其包括：

硫系玻璃基片；

類金剛石膜層，附著在所述的硫系玻璃基片的一側(cè)；

底膜層，附著在所述的硫系玻璃基片的另一側(cè)，為增透膜或類金剛石膜。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃，其中所述的類金剛石膜層的厚度小于等于20μm。

優(yōu)選的，前述的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃，其中所述的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的納米硬度為6-20gpa。

借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃及其制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明中dlc在硫系玻璃表面的沉積無需加過渡層，可以直接沉積在硫系玻璃表面，制備的dlc膜基結(jié)合力強(qiáng)，通過國軍標(biāo)和美軍標(biāo)中的環(huán)境測試；

(2)本發(fā)明dlc沉積過程中把溫度控制在硫系玻璃轉(zhuǎn)變溫度(185℃)以下，不顯著改變硫系玻璃加工面形，不發(fā)生褶皺和基體背面燒蝕現(xiàn)象；

(3)本發(fā)明的制備方法，根據(jù)溫升和膜厚設(shè)計(jì)要求，采用間歇式鍍膜方式，制備得到dlc具有硬度高(6-20gpa)，耐磨性能好，紅外光學(xué)特性優(yōu)良，適合在硫系玻璃光學(xué)透鏡表面低溫鍍制類金剛石膜等優(yōu)點(diǎn)。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1硫系玻璃基片和表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的紅外透過率曲線；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2提供的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的制備方法，其包括:

1)用酒精和乙醚的混合液體清洗硫系玻璃基片表面，放到真空室樣品臺(tái)上，調(diào)節(jié)靶材和樣品臺(tái)之間的距離，關(guān)閉靶材和樣品臺(tái)之間的擋板，關(guān)閉真空室，抽真空；

2)采用磁控濺射設(shè)備在所述的硫系玻璃基片上鍍制類金剛石膜，當(dāng)真空度達(dá)到3×10^-3pa以下時(shí)，通入工作氣體，在低功率下預(yù)濺射10-15分鐘，調(diào)至工作功率，穩(wěn)定5-10分鐘，打開靶材和樣品臺(tái)之間的擋板，開始鍍膜；采用間隙試鍍膜，溫度控制在150℃以下；膜厚根據(jù)鍍膜時(shí)間控制；鍍膜完成后，降溫，得到表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃。

其中，步驟2)的靶材為高純石墨；工作壓強(qiáng)為0.1-10pa，沉積功率為10-5000w，靶基距為2-50cm；工作氣體為氬氣、氬氣和碳?xì)錃怏w混合氣、氬氣和氫氣混合氣中的一種。

如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃，其包括：

硫系玻璃基片1；

類金剛石膜層2，無需過渡層，直接附著在所述的硫系玻璃基片1的一側(cè)；

底膜層3，附著在所述的硫系玻璃基片1的一側(cè)，為增透膜或類金剛石膜。

其中，類金剛石膜層的厚度小于等于20μm。

表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的硬度為6-20gpa。

實(shí)施例1

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的制備方法，選取ig6(as40se60)玻璃為硫系玻璃基片，用滴入酒精和乙醚混合液的無塵布擦拭：所述硫系玻璃基片為平面片狀，尺寸為所述硫系玻璃基片在1μm-11μm的透過率≥61％，上述硫系玻璃基片的密度4.63g·cm^-3，玻璃轉(zhuǎn)變溫度185±5℃。

將硫系玻璃基片放在磁控濺射設(shè)備的樣品臺(tái)上，關(guān)閉樣品臺(tái)和靶材之間的擋板，將真空室壓力抽至3×10^-3pa，向真空室充入高純氬氣和異丁烷的混合氣體至6.5×10^-1pa；調(diào)節(jié)射頻功率為50w，預(yù)濺射10分鐘，然后將射頻功率調(diào)到100w，采用間歇式鍍膜，鍍制10分鐘后關(guān)閉擋板，待硫系玻璃基片冷卻5分鐘后，打開擋板，繼續(xù)鍍制10分鐘，這樣往復(fù)4次，總共鍍制時(shí)間為40分鐘，完成鍍制。冷卻30分鐘后取出。

采用電子束蒸發(fā)法在所述的硫系玻璃基片的另一側(cè)鍍制增透膜，當(dāng)真空度達(dá)到3×10^-3pa以下時(shí)，打開電子槍，在晶控儀或光控儀的監(jiān)測下，按照膜系設(shè)計(jì)開始鍍膜，鍍膜溫度控制在185℃(硫系玻璃轉(zhuǎn)變溫度)以下，避免基片變形；鍍膜完成后，通過20-40分鐘降溫，破真空，取出基片。

如圖1所示，實(shí)施例1制得的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃，其結(jié)構(gòu)為：

硫系玻璃基片1；

類金剛石膜層2，厚度為1000nm，附著在所述硫系玻璃基片的一側(cè)；

底膜層3，附著在所述硫系玻璃基片的另一側(cè)，為增透膜，其包括ybf3(120nm)、zns(801nm)、ybf3(1082nm)、zns(147nm)。

如圖2所示，曲線3和曲線4分別為本實(shí)施例的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃和硫系玻璃基片的紅外透過曲線，表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃在8-12μm的最高透過率為75％。

實(shí)施例2

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出的一種表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃的制備方法，選取ig2(ge28sb12se60)玻璃，其厚度在4mm時(shí)的透過范圍為0.8-15μm，在1-12μm的透過率≥64％，在12-14μm透過率≥50％。

將上述ig2玻璃加工成厚度為1.0mm，外徑為37.5mm的球面透鏡作為硫系玻璃基片；所述述硫系玻璃基片的光圈n＝3，△n＝0.5；用滴入酒精和乙醚混合液的無塵布擦拭。

將硫系玻璃基片放在磁控濺射設(shè)備的樣品臺(tái)上，關(guān)閉樣品臺(tái)和靶材之間的擋板，將真空室壓力抽至3×10^-3pa，向真空室充入高純氬氣和甲烷的混合氣體至7×10^-1pa；調(diào)節(jié)射頻功率為50w，預(yù)濺射10分鐘，然后將射頻功率調(diào)到150w，采用間歇式鍍膜，鍍制5分鐘后關(guān)閉擋板，待硫系玻璃基片冷卻5分鐘后，打開擋板，繼續(xù)鍍制5分鐘，這樣往復(fù)7次，總共鍍制時(shí)間為35分鐘，完成鍍制。冷卻30分鐘后取出。

硫系玻璃基片的另一側(cè)以相同方法鍍制類金剛石膜。

如圖3所示，實(shí)施例2制得的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃，其結(jié)構(gòu)為：

硫系玻璃基片1；

類金剛石膜層2，厚度為1000nm，附著在所述硫系玻璃基片的一側(cè)；

底膜層3，附著在所述的硫系玻璃基片1的一側(cè)，為類金剛石膜，厚度為1000nm。

本實(shí)施例的表面鍍有紅外類金剛石防護(hù)膜的硫系玻璃在8-12μm的的最高透過率為74.5％。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。