本發明涉及一種玻璃深加工領域，特別是涉及一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法。

背景技術：

硫系玻璃是指以元素周期表via族中s，se，te為主并引入一定量的其它類金屬元素所形成的玻璃，在紅外波段具有優良的透過性能和極佳的溫度特性，是紅外光學系統熱差和色差校正的理想材料。硫系玻璃具有以下主要優點：

a)與其它的紅外材料相比，硫系玻璃的折射率溫度系數較小，在消除光學系統熱像差即實現被動無熱化設計方面效果顯著；

b)紅外光學系統設計中，硫系玻璃非常適合做正透鏡使用，與其它紅外光學材料的匹配性優異，能減少元件數量、提升光學系統成像性能；

c)較晶體紅外材料而言，硫系玻璃制備工藝相對簡單，易獲得，成本較低。

硫系玻璃被視為新一代溫度自適應紅外光學系統核心透鏡材料，可滿足精確制導武器、戰艦導航以及車載夜視等高端紅外成像系統的配套需求。但硫系玻璃自身的硬度小，強度低，承受復雜外界環境能力差，因此在工程應用中必須通過鍍膜以提高表面硬度和耐摩擦磨損性能。同時厚度為2mm的硫系玻璃在2-13μm的平均透過率在60-68％之間，透過率無法滿足光學設計要求，須通過在表面鍍制增透膜進一步提高硫系玻璃的透過率。

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，抗潮、抗化學腐蝕能力強，可實現低溫沉積等優點，作為硫系玻璃窗口表面增透防護膜應用于熱成像光學系統，以提高紅外窗口耐磨損，耐化學腐蝕和紅外透過率，使紅硫系玻璃可以用在成像系統的最外面。為了同時解決硫系玻璃自身強度差，抗風沙，抗化學腐蝕能力弱和自身透過率較低的問題，可以在多層增透膜表面鍍dlc。目前，最常用的紅外類金剛石膜制備方式為pecvd法，但是，在實際沉積過程中，pecvd陰極板在離子的不斷轟擊成膜過程中，溫度升高到300℃以上，而硫系玻璃的轉變溫度很低(ig6,as40se60僅為185±5℃)，導致鍍膜過程中硫系玻璃變形，表面出現明顯褶皺，嚴重改變加工參數，使基片失效。同時，受硫系玻璃(12.6-14.7)×10^-6k^-1和dlc(2-5)×10^-6k^-1兩者間熱膨脹系數不匹配的影響，高溫使得硫系玻璃基體膨脹遠遠大于在其表面沉積的dlc，而降溫過程中，硫系玻璃的收縮也遠大于dlc，會在硫系玻璃和dlc膜間產生嚴重的應力，導致dlc膜崩裂或產生褶皺，無法沉積在硫系玻璃表面。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于，提供一種新型的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法，所要解決的技術問題是使其提高硫系玻璃的紅外透過率和表面防護性能，從而更加適于實用。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種表面鍍有高增透類金剛石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)采用電子束蒸發法在所述的硫系玻璃基片上制備增透膜；

3)利用磁控濺射法在所述的增透膜上鍍制類金剛石膜。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟2)的真空度小于3×10^-3pa，鍍膜溫度低于所述硫系玻璃基片的轉變溫度。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟3)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變溫度。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟3)的靶材為高純石墨；工作壓力為0.1-50pa，沉積功率為10-5000w，靶基距為2-50cm。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，其中所述的步驟3)的工作氣體為氬氣、氬氣和碳氫氣體混合氣、氬氣和氫氣混合氣中的一種。

本發明的目的及解決其技術問題還采用以下的技術方案來實現。依據本發明提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其包括：

硫系玻璃基片；

第一增透膜層，附著在所述的硫系玻璃基片的一側；

類金剛石膜層，附著在所述的第一增透膜層；

第二增透膜層，附著在所述的硫系玻璃基片的另一側。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的第一增透膜和類金剛石膜之間為鍺膜。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的第一增透膜層和第二增透膜層為一層或多層。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的類金剛石膜層的厚度小于等于500nm。

優選的，前述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其中所述的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的硬度為6-15gpa。

借由上述技術方案，本發明表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法至少具有下列優點：

(1)本發明先在硫系玻璃表面沉積增透膜系，增透膜系最后一層為鍺膜，然后在鍺膜上鍍制類金剛石膜(dlc)，鍺膜作為過渡膜能夠提高膜系附著性能，本發明能夠提高硫系玻璃的透過率和物理防護性能，樣品通過國軍標和美軍標中的環境測試；

(2)本發明增透膜和dlc的沉積過程中把溫度控制在硫系玻璃轉變溫度(185℃)以下，不顯著改變硫系玻璃加工面形，不發生褶皺和非鍍膜面燒蝕現象；

(3)本發明的制備方法，根據溫升和膜厚設計要求，采用間歇式鍍膜方式，制備得到表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃具有機械強度高(6-15gpa)，耐磨性能好，紅外光學特性優良，適合于在大面積的光學硫系玻璃透鏡表面鍍制dlc等優點。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本發明實施例1提供的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的結構示意圖；

圖2是本發明實施例1硫系玻璃基片和表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的紅外透過率曲線；

圖3是本發明實施例2提供的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的結構示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效,以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃及其制備方法其具體實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如后。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結構、或特點可由任何合適形式組合。

本發明的一個實施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石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，放在鋁制套環內，放到電子束蒸發設備的真空室內，關閉真空室，抽真空；

2)采用電子束蒸發法在所述的硫系玻璃基片上制備增透膜，當真空度達到3×10^-3pa以下時，打開電子槍，在晶控儀或光控儀的檢測下，按照膜系設計開始鍍膜，最后一層為鍺膜；鍍膜溫度控制在185℃(硫系玻璃轉變溫度)以下，避免高溫使基片變形；鍍膜完成后，通過20-40分鐘降溫，取出基片，放入磁控濺射真空室；

3)采用磁控濺射設備在所述的增透膜上鍍制dlc，當真空度達到3×10^-3pa以下時，通入工作氣體，在低功率下預濺射10-15分鐘，調至工作功率，穩定5-10分鐘，打開靶材和樣品臺之間的擋板，開始鍍膜；采用間隙試鍍膜，溫度控制在185℃(即硫系玻璃轉變溫度)以下；膜厚根據鍍膜時間控制；鍍膜完成后，降溫，得到表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃。

其中，步驟3)的靶材為高純石墨；工作壓力為0.1-50pa，沉積功率為10-5000w，靶基距為2-50cm；工作氣體為氬氣、氬氣和碳氫氣體混合氣、氬氣和氫氣混合氣中的一種。

如圖1所示，本發明的一個實施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其包括：

硫系玻璃基片1；

第一增透膜層2，附著在所述的硫系玻璃基片1的一側；

類金剛石膜層3，附著在所述的第一增透膜層2；

第二增透膜層3，附著在所述的硫系玻璃基片1的另一側。

其中，第一增透膜層中的鍺膜與dlc連接，鍺膜作為第一增透膜層和dlc之間的過渡層。

表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的硬度在6-15gpa范圍內。

實施例1

本發明的一個實施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石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，玻璃轉變溫度185±5℃。

將硫系玻璃基片放入電子束蒸發設備，烘烤溫度設在80℃，保溫30分鐘，采用霍爾源進行離子清洗10分鐘，繼續進行鍍膜能量輔助，在晶控儀的檢測下，在硫系玻璃基片上鍍制第一增透膜，第一增透膜的種類及厚度依次為ge(203.21nm)、zns(499.32nm)、ge(240.83nm)、zns(23.49nm)、ybf3(899.99nm)、ge(50nm)，鍍膜完成后冷卻30分鐘取出鍍有增透膜的硫系玻璃基片。

將上述鍍有增透膜的硫系玻璃基片放在磁控濺射設備的樣品臺上，關閉樣品臺和靶材之間的擋板，將真空室壓力抽至3×10^-3pa，向真空室充入高純氬氣和氫氣的混合氣體至6.5×10^-1pa；調節射頻功率為50w，預濺射10分鐘，然后將射頻功率調到80w，采用間歇式鍍膜，鍍制5分鐘后關閉擋板，冷卻5分鐘后，打開擋板，繼續鍍制5分鐘，這樣往復2次，總共鍍制時間為10分鐘，完成鍍制。冷卻30分鐘后取出。

采用電子束蒸發法在硫系玻璃基片的另一側鍍制第二增透膜，第二增透膜的種類及厚度依次為ybf3(120nm)、zns(801nm)、ybf3(1082nm)、zns(147nm)。

如圖1所示，實施例1制得的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其結構為：

硫系玻璃基片1；

第一增透膜2，其依次包括：ge(203.21nm)、zns(499.32nm)、ge(240.83nm)、zns(23.49nm)、ybf3(899.99nm)、ge(50nm)六層；

類金剛石膜3，其厚度為200nm；

第二增透膜4，其依次包括：ybf3(120nm)、zns(801nm)、ybf3(1082nm)、zns(147nm)

如圖2所示，曲線4和曲線5分別為表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃和硫系玻璃基片的紅外透過曲線，本實施例的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃在8-12μm的平均透過率為75.3％，硬度為8gpa。

實施例2

本發明的一個實施例提出的一種表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃的制備方法，選取ig5(ge26sb40se60)玻璃，其厚度在4mm時的透過范圍為0.8-15μm，在1-12μm的透過率≥66％，在12-14μm透過率≥60％。

將上述ig5玻璃加工成厚度為2.0mm，外徑為40.0mm的球面透鏡作為硫系玻璃基片；所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。

將硫系玻璃基片放入電子束蒸發設備，烘烤溫度設在80℃，保溫30分鐘，采用霍爾源進行離子清洗10分鐘，繼續進行鍍膜能量輔助，在晶控儀的檢測下，在硫系玻璃基片上鍍制第一增透膜，第一增透膜的種類及厚度依次為ge(176.44nm)、zns(563.26nm)、ge(223.48nm)、zns(37.01nm)、ybf3(899.95nm)、ge(50nm)，鍍膜完成后冷卻30分鐘取出附著增透膜的硫系玻璃基片。

將上述鍍完第一增透膜的硫系玻璃基片放在磁控濺射設備的樣品臺上，關閉樣品臺和靶材之間的擋板，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6.5×10^-1pa；調節射頻功率為50w，預濺射10分鐘，然后將射頻功率調到270w，采用間歇式鍍膜，鍍制5分鐘后關閉擋板，冷卻5分鐘后，打開擋板，繼續鍍制5分鐘，這樣往復2次，總共鍍制時間為10分鐘，完成鍍制。冷卻30分鐘后取出。

采用電子束蒸發法在硫系玻璃基片的另一側鍍制第二增透膜，第二增透膜的種類及厚度依次ge(73.93nm)、zns(632.99nm)、ge(60.09nm)、zns(634.14nm)、ybf3(934.63nm)、zns(207.77nm)。

如圖3所示，實施例2制得的表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃，其結構為：

硫系玻璃基片1；

第一增透膜2，其依次包括：ge(176.44nm)、zns(563.26nm)、ge(223.48nm)、zns(37.01nm)、ybf3(899.95nm)、ge(50nm)六層；

類金剛石膜3，其厚度為200nm；

第二增透膜4，其依次包括：ge(73.93nm)、zns(632.99nm)、ge(60.09nm)、zns(634.14nm)、ybf3(934.63nm)、zns(207.77nm)。

表面鍍有高增透類金剛石膜的硫系玻璃在8-12μm的平均紅外透過率為75.5％，硬度為10gpa。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。