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《西北工业大学》 2004年
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蓝宝石衬底上SiO_2薄膜的制备工艺与性能研究

冯丽萍  
【摘要】: 蓝宝石所具有的一系列优异性能,决定了它是目前作为中波红外窗口与头罩的最有前途的材料。但是,限于目前的材料制备和加工技术水平,蓝宝石的高温强度大幅度下降,红外透过率也满足不了设计使用要求。因此在蓝宝石表面镀制增透保护涂层就成为满足其在高速、高温下应用的关键技术。氧化硅(SiO_2)膜具有优良的物理、化学性能,并且与蓝宝石附着良好,非常适合用作提高蓝宝石高温强度及增透涂层。在国外,SiO_2用作蓝宝石增透保护涂层的研究已经展开,并取得进展;而在国内,这方面的研究还未见报道。本文主要开展了蓝宝石衬底上氧化硅增透保护膜系的设计与制备工艺和性能研究,为将氧化硅用作蓝宝石头罩的增透保护涂层奠定了基础。主要研究成果如下: 利用OPFCAD软件在蓝宝石衬底上设计了SiO_2、SiO_2/Si等增透保护膜系,并对所设计的膜系进行了结构敏感因子(n,d)及结构偏差分析。设计结果表明,蓝宝石衬底双面镀SiO_2、SiO_2/Si等膜系,在3~5μm波段的平均透过率大于97%,可满足导弹头罩设计和使用的要求。 在BMS450型磁控溅射镀膜机上优化出了制备SiO_2薄膜的工艺参数范围,并揭示了气体流量、射频功率、靶基距、衬底温度、溅射气压等参数对薄膜沉积速率的影响规律。 利用射频磁控反应溅射法,在蓝宝石试片和半球形头罩上制备出所设计的SiO_2和SiO_2/Si增透膜系。蓝宝石衬底双面镀SiO_2膜,在3~5μm波段范围内,平均透过率达到96.43%,满足了导弹头罩的设计使用要求。 对所制备的SiO_2薄膜进行了X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(XRD)分析及高温退火处理。由XPS分析结果可知,薄膜中的Si、O元素形成了SiO_2化合物。XRD分析结果表明,所制备的SiO_2薄膜结构为非晶态;在800℃以下退火,薄膜的结构没有发生明显的改变,仍为非晶态。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB43

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