专利名称：晶质化Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-TiO<sub>2</sub>复合金属氧化物蒸镀材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸发镀膜材料制备方法，尤其涉及一种晶 质化Ta205-Ti02复合金属氧化物蒸镀材料的制备方法。
背景技术：
光学镀层应用领域的日益快速发展以及随之对光学薄膜 提出更高性能的需求，除了严格控制镀膜工艺外，蒸镀起始材 料及其制备技术成为一个十分关键的问题。例如要求蒸镀材料 在蒸镀过程中不会有颗粒飞溅，不会有逸出气体，并能稳定使 用重复性好。为此，高纯度、高致密度、特定折射率的均质蒸 镀材料被不断开发应用。但是，由单纯氧化物蒸镀的光学薄膜， 往往内应力较大，耐环境稳定性较差，容易受潮，也很难满足 不同应用所需要的折射率大小。因此，那些复合氧化物蒸镀材 料受到极大重视，如Si-Al、 La-Ti、 La-A1和A1-Zr系等等。 因为，人们根据折射率大小的预定要求，以及对薄膜的应力状 态和良好的环境稳定性要求，可以通过选择混合氧化物的种类 和设计混合物的配比来达到，采用一定的工艺技术，制成高堆 积密度、高稳定性的蒸镀材料，实现稳定成膜和应用要求的目 的。那些混合氧化物大多属于难熔高温材料，采用常规的陶瓷 烧结工艺难以达到均质致密要求，往往要采用热压或热等静压 烧结、中频感应烧结、微波烧结或高温高真空烧结等技术，制备成合适的蒸镀起始材料。用这些技术制备的蒸镀材料，是陶 瓷烧结体，在使用中，必须在开始蒸镀之前在真空镀膜室内让 其充分熔融，以防止微小颗粒的飞溅以及消除材料内所含有的 残留气体。这无疑延长了镀膜周期，增加了生产成本。因此， 最理想的蒸镀材料应当是预先熔融的晶质化材料。所以有人采 用将烧结好的氧化物陶瓷，再放到大功率电子束炉中加热，成 为预熔融材料。这种两步法制作蒸镀材料的工艺，操作繁琐生 产成本高。TaA和Ti02都是高折射率材料。Ta205在多次蒸发后， 蒸发坩埚底部会产生空穴，使蒸发过程不稳定；Ta205通常需 要后处理才能得到透明的薄膜。Ti02是很好的蒸镀材料，但 易形成非均质化薄膜材料。所以往往需要用Ti30s作蒸发起始 材料。TaA-Ti02复合氧化物薄膜仍然保持高的折射率，它不但有稳定的均质化材料的特性，且它的内应力比二氧化钛薄膜 低得多。Ta20s-Ti02复合氧化物是Ta^和Ti02按一定配比制成 的一种蒸镀材料，熔点约180(fC。传统的复合氧化物蒸镀材料， 通常采用在高温高真空下发生固相反应而成烧结体，但不是预 熔融的晶质化材料。因此，在作为蒸发起始材料时，蒸镀前必 须先在真空镀膜室内先用电子束让其长时间充分熔融，以防止 蒸发时微小颗粒的飞溅以及消除材料内所含有的残留气体，这 样会使操作繁琐，延长了镀膜周期，增加了生产成本。发明内容为了克服上述缺陷，本发明提供一种晶质化Ta20s-Ti02复 合金属氧化物蒸镀材料的制备方法。该制备方法可方便地制备 预熔融的晶质化Ta20s-Ti02复合金属氧化物蒸镀材料，作为蒸 镀高级光学薄膜用的高纯高致密度起始蒸发材料，且成本较低 和产品质量较高。本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是 一种晶 质化TaA-Ti02复合金属氧化物蒸镀材料的制备方法，依次按以下步骤步骤(1)，配置Ta205和Ti02复合金属氧化物粉体，按重 量百分比由TaA: 70%-90%和Ti02 : 10%-30%组成；步骤(2)，将该Ta205-Ti(V混合粉体置于坩锅中，坩锅置 于真空高频炉中，真空压力《lX10 2pa，利用高频炉的高频功 率电源直接加热Ta205-Ti(V混合氧化物粉体到175(rC-1800°C， 形成TaA-Ti02复合氧化物熔融体；步骤(3)，对所述Ta20s-Ti02复合氧化物熔融体逐渐离开加热区缓慢沉降冷却，沉降速度(此速度为通用技术)恰可形 成预熔融晶质化Ta20s-Ti02复合氧化物蒸镀材料。本发明的进一步技术方案是所述步骤(2)中的坩锅直接采用该Ta205-Ti02混合氧化 物粉体作为坩锅材料，在真空炉内用高频功率电源使 Ta205-Ti02混合氧化物粉体熔化，高频炉的线圈中装有循环水 冷装置，使表层原料粉体未被熔化而形成由原料粉体组成的壳 体，成为坩锅。所述步骤(2)中高频炉的高频功率电源频率为lMHz— 5丽z，将Ta205-Ti(V混合氧化物粉体加热到1750°C-1800°C 。 所述步骤(3)中坩锅的沉降速度为5-10mm/h。 所述步骤(2)和(3)制备过程中出现的水汽和残留气体 采用冷阱捕集器捕集，冷阱捕集器捕集采用的深冷温度《-120 。C。所述晶质化Ta205-Ti02复合氧化物蒸镀材料用作光学镀层 时，在500纳米波长处的光学折射率为2.2-2.25，消光系数 《2X10 4。本发明的有益技术效果是本发明采用高频高真空炉坩 埚长晶法，直接一步实现预熔融晶质化Ta205-Ti02复合氧化物 蒸镀材料的制备，无需再用其它工艺技术将它预熔，方法简单， 成本较低，克服了以往复合氧化物材料蒸镀时所存在的缺点；本发明制备的晶质化TaA-Ti02复合氧化物预熔蒸镀材 料，在真空镀膜室坩锅中预先不需要长时间熔融，蒸镀时几乎 无水气和气体释放，且蒸镀过程中不产生颗粒飞溅，能改善 Ta20s多次蒸发后坩埚底部产生空穴的缺陷，因而可以制备均 质的光学薄膜，有较稳定的N、 K光学参数，重复性好；另外 由于不需要长时间预熔，与其它非预熔融蒸镀材料比较，大大 縮短预熔时间，因而縮短生产(镀膜)周期，节约生长成本。
图1为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
将按重量比例配制好的TaA(70。/o-90。/。)和Ti02 (10%-30 %) 混合氧化物粉体放入真空炉(坩埚)中，在《1X10—2Pa真空 下通过高频源将该混合氧化物粉体加热到1800°C，在真空炉 (坩埚)中熔融并辅以《-12(TC的深低温冷阱捕集器捕集该粉 体中的水气及其他残留气体，同时通过坩锅缓慢沉降冷却(下 降速度5-10薩/h)，最后得到预熔融的晶质化Ta205-Ti02复合 氧化物产品。由于所述复合氧化物是难熔高温材料，无法在由高熔点金 属材料组成的坩埚中让它们熔融长晶。因此，本发明直接用所 述的TaA禾卩Ti(V混合氧化物原料本身作为坩埚材料，在真空炉内用高频功率源使其内部充分熔化，而坩埚外部则因装有循 环水冷装置，其表层原料未被熔化，从而形成一层由本身原料 组成的未熔壳体，起到了相当于坩埚的作用。内部已熔化的所 述Ta20s-Ti02复合氧化物，依靠坩埚缓慢沉降，脱离加热区， 熔体的温度也随之逐渐降低，形成晶质氧化物预熔融体。为保 证预熔体的高纯度，在整个制备过程中，通过温度达摄氏负 120度的冷阱装置，将炉内的残留气体和水分子等吸附掉，减 少对熔体的污染，同时也有效地提高炉内的真空度。由于生成的熔融体不是直接接触坩锅，而是接触与熔体 同种粉料的材料，因此熔融体不存在污染问题，从而能获得高 纯度、高致密度的预熔晶质化Ta20s-Ti02复合蒸镀材料。该材 料外观为深黑光亮晶质颗粒，纯度99. 99%，密度为8. lg/cm3。作为本发明的实施例，用预熔融晶质化TaA-Ti02复合氧 化物作为蒸镀材料，电子枪蒸发时，不需预熔，几乎无水气和 气体释放，也不会发生微小颗粒溅，沉积的光学镀层，透光范 围0.4-7u，在500纳米波长处，折射率为2.1-2.25，消 光系数《2X1(T。膜层耐湿性在50QC相对湿度95%下，72 小时内膜层完好。
权利要求
1、一种晶质化Ta2O5-TiO2复合金属氧化物蒸镀材料的制备方法，其特征是依次按以下步骤步骤(1)，配置Ta2O5和TiO2复合金属氧化物粉体，按重量百分比由Ta2O570％-90％和TiO210％-30％组成；步骤(2)，将该Ta2O5-TiO2混合粉体置于坩锅中，坩锅置于真空高频炉中，真空压力≤1×10-2Pa，利用高频炉的高频功率电源直接加热Ta2O5-TiO2混合氧化物粉体到1750℃-1800℃，形成Ta2O5-TiO2复合氧化物熔融体；步骤(3)，对所述Ta2O5-TiO2复合氧化物熔融体逐渐离开加热区缓慢沉降冷却，沉降速度恰可形成预熔融晶质化Ta2O5-TiO2复合氧化物蒸镀材料。
2、 如权利要求1所述的晶质化TaA-Ti02复合金属氧化 物蒸镀材料的制备方法，其特征是所述步骤(2)中的柑锅 直接采用该Ta205-Ti(V混合氧化物粉体作为坩锅材料，在真空 炉内用高频功率电源使Ta20s-Ti(V混合氧化物粉体熔化，高频 炉的线圈中装有循环水冷装置，使表层原料粉体未被熔化而形 成由原料粉体组成的壳体，成为坩锅。
3、 如权利要求1所述的晶质化Ta20s-Ti02复合金属氧化 物蒸镀材料的制备方法，其特征是所述步骤(2)中高频炉 的高频功率电源频率为lMHz—5MHz，将Ta20s-Ti02混合氧化物 粉体加热到1750°C-1800°C。
4、 如权利要求1所述的晶质化TaA-Ti02复合金属氧化 物蒸镀材料的制备方法，其特征是所述步骤(3)中坩锅的 沉降速度为5-10mm/h。
5、 如权利要求1所述的晶质化Ta205-Ti02复合金属氧化 物蒸镀材料的制备方法，其特征是所述步骤(2)和(3)制 备过程中出现的水汽和残留气体采用冷阱捕集器捕集，冷阱捕 集器捕集采用的深冷温度《-120°C。
6、 如权利要求1所述的晶质化TaA-Ti02复合金属氧化 物蒸镀材料的制备方法，其特征是晶质化TaA-Ti02复合氧 化物蒸镀材料用作光学镀层时，在500纳米波长处的光学折射 率为2. 2-2. 25，消光系数《2X1(T4。
全文摘要
本发明公开了一种晶质化Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-TiO<sub>2</sub>复合金属氧化物蒸镀材料的制备方法，首先配置五氧化二钽和二氧化钛混合氧化物粉体，按重量百分比由Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>70％-90％和Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>10％-30％组成的混合氧化物粉体置于高真空高频炉坩锅中，在真空度≤1×10<sup>-2</sup>Pa下利用高频源加热到1800℃，形成Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-TiO<sub>2</sub>复合氧化物熔融体，对该熔融体通过缓慢沉降冷却，沉降速度恰可形成预熔融晶质化Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-TiO<sub>2</sub>复合氧化物蒸镀材料。对制备过程中出现的水汽和残留气体采用冷阱捕集器捕集，深冷温度≤-120℃。本发明用高真空高频炉坩埚缓慢沉降长晶法制备预熔融晶质化Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-TiO<sub>2</sub>复合氧化物，是蒸镀高级光学薄膜用的高纯高致密度起始蒸发材料；成本低、质量可靠。
文档编号C23C14/24GK101328065SQ20081012244
公开日2008年12月24日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者许士荣 申请人:昆山光铭光电子元件有限公司