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氧化钇薄膜为蓝宝石红外窗口保护膜生长中间层的研究

骆琳  
【摘要】:蓝宝石由于其良好的机械和光学综合性能,是中波红外探测窗口的重要候选材料之一。随着高速飞行器用红外成像探测系统的发展,对红外探测窗口提出更高的要求。但在高速飞行时,蓝宝石红外窗口会出现热开裂、热畸变和保护膜脱落的问题。SiO_2薄膜是一种重要的蓝宝石保护膜。但由于SiO_2薄膜与蓝宝石之间存在热失配问题,需要在两者之间加入中间层来改善热失配问题。Y_2O_3薄膜优良的性能、较高的折射率和合适的热膨胀系数,适合作蓝宝石增透保护膜的高折射率膜层。与SiO_2薄膜组成双层膜系,有希望提高蓝宝石的性能。本文主要研究Y_2O_3薄膜作为中间层与SiO_2薄膜组成双层膜对蓝宝石红外性能的影响。 本文利用射频磁控反应溅射在蓝宝石衬底上制备Y_2O_3薄膜和SiO_2薄膜。并采用正交试验研究工艺参数及其交互作用对Y_2O_3薄膜沉积速率和折射率的影响;溅射气压是Y_2O_3薄膜沉积速率和折射率影响的主要影响参数,优化Y_2O_3薄膜的制备工艺。并采用一系列测试方法(SEM、XRD、椭偏仪、纳米压痕等)对薄膜进行测试分析。 结果表明Y_2O_3薄膜呈现出多晶态,退火后晶粒长大,SiO_2薄膜呈现非晶态,经过退火处理后仍保持非晶态。500℃原位保温退火一小时后Y_2O_3薄膜的O/Y原子百分比提高,制备的SiO_2薄膜具有较好的化学配比。且Y_2O_3薄膜和SiO_2薄膜具有较好的光学和力学综合性能。 研究Y_2O_3中间层对性能的影响,结果表明,引入Y_2O_3薄膜作为中间层提高了薄膜的附着力。双面镀Y_2O_3/SiO_2薄膜后蓝宝石在室温下的平均透过率显著提高。虽然镀膜前后蓝宝石的透过率都随温度升高而下降,但双面镀Y_2O_3/SiO_2薄膜后蓝宝石的平均透过率有较大的改善。此外,双面镀Y_2O_3/SiO_2薄膜后蓝宝石表现出较好的抗热冲击性能。这表明Y_2O_3薄膜作为中间层与SiO_2薄膜组成双层膜改善了蓝宝石性能。


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