硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法及具有类金刚石膜的硫化锌板的制作方法

文档序号:10484097阅读:497来源:国知局
硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法及具有类金刚石膜的硫化锌板的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法及具有类金刚石膜的硫化锌板,所述的硫化锌基体的面积≥50cm2,本发明方法包括如下步骤:(1)除去所述硫化锌基体表面杂质;(2)在除去表面杂质的所述的硫化锌基体表面镀过渡层,所述的过渡层为Ge膜,厚度为60?80nm;(3)在所述的Ge膜表面镀类金刚石膜:将所述的硫化锌板材表面分成面积为1?25cm2的区域分别进行镀类金刚石膜,所述的类金刚石膜的厚度为0.1?2μm。本发明方法镀制的类金刚石膜防脱落性能好。
【专利说明】
硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法及具有类金刚石膜的 硫化锌板
技术领域
[0001] 本发明涉及红外材料表面防护领域,具体涉及一种硫化锌基体表面镀制类金刚石 膜的方法及具有类金刚石膜的硫化锌板。
【背景技术】
[0002] 红外技术在当代武器装备等许多领域都具有非常重要的地位,而红外窗口和头罩 是红外技术系统中的关键部件。硫化锌(ZnS)因其在红外中波3~5um和长波8~12um波段透 过率均较高,制备工艺成熟,可以满足各种尺寸光学头罩的加工要求,是目前最为理想的红 外窗口和头罩材料。然而红外技术对材料的要求不仅限于较高的红外透过率,同时要保护 热成像系统在高速飞行中抵抗雨水、灰尘和冰雹等的侵蚀,而ZnS材料的机械强度、表面硬 度和耐雨蚀性能不够理想,限制了 ZnS材料在红外技术领域的应用。
[0003] 类金刚石薄膜(DLC)膜硬度高、抗摩擦磨损能力强,同时具有良好的光学透过性 (在紫外、整个红外波段)、化学惰性、抗腐蚀等特性,已经广泛的应用在红外窗口材料表面, 起到了较好的表面防护和增透的作用。
[0004] DLC膜作为红外窗口材料的表面防护膜已有科研人员进行过研究。专利申请"一种 DLC红外抗反射保护膜及其制备方法",(申请号200810045240.8)采用非平衡磁控溅射法, 以石墨为靶材,通入碳氢和氩气混合气体,在ZnSe基体表面镀制双层折射率不同的DLC膜, 同时起到防护和增透作用。专利申请"类金刚石薄膜作光学增透膜的新应用"(申请号 92108354.8)采用高频等离子体气相沉积法在取0(11'6材料上镀制01^(:膜,使8~12以111波段的 平均透过率提高了 16%。但都未能解决大尺寸2 50cm2硫化锌板材表面DLC防护膜易脱落的 问题。
[0005] 研究发现:DLC中sp3含量越高,硬度越大,抗摩擦磨损性能越好,但同时应力也会 越大,膜越易脱落。目前,要在硫化锌基体表面用PECVD法镀DLC膜,只有镀制sp3含量较低, 应力较小的DLC膜才能保证薄膜不会脱落,但低硬度的DLC膜的抗摩擦磨损性能差。在大尺 寸硫化锌板(面积2 50cm2)表面镀制高硬度DLC膜难度很大。因为基体尺寸越大,薄膜应力 分布均匀性越差,越容易导致脱膜。

【发明内容】

[0006] 本发明提供了一种硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,本发明方法通过在硫 化锌基体上镀过渡层与分块镀膜的方法相结合,保证了 DLC膜的表面应力均匀,能有效防止 DLC膜的脱落。
[0007] 本发明还提供了一种具有类金刚石膜的硫化锌板。
[0008] -方面,本发明提供了一种硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,所述的硫化 锌基体的面积2 50cm2,其特征在于,包括如下步骤:
[0009] (1)除去所述硫化锌基体表面杂质;
[0010] (2)在除去表面杂质的所述的硫化锌基体表面镀过渡层,所述的过渡层为Ge膜,厚 度为 60_80nm;
[0011] (3)在所述的Ge膜表面镀类金刚石膜:将所述的硫化锌基体表面分成面积为1- 25cm2的区域分别进行镀类金刚石膜,所述的类金刚石膜的厚度为0.1-2μπι。
[0012] 进一步的,所述的步骤(1)具体包括如下步骤:
[0013] 用带有石油醚和酒精混合液的脱脂棉擦拭所述的硫化锌基体,然后清洗,干燥。
[0014] 进一步的,所述的步骤(2)具体包括如下步骤:
[0015] 采用电子束蒸镀法在所述的除去表面杂质的硫化锌板材表面镀所述的Ge膜,具体 参数为:80-120 °C 烘烤30-60min,氩气辅助阳极 290-310V,0.9-1.1A。
[0016] 进一步的,所述的步骤(3)具体包括如下步骤:
[0017] 将所述的硫化锌板材表面划分为交替排列的第一条形区域和第二条形区域,所述 的第一条形区域的面积为l_25cm2,所述的第二区域的面积为l-25cm2,先在所述的第一区域 上镀类金刚石膜,然后再在所述的第二区域镀类金刚石膜。
[0018] 进一步的,所述的先在所述的第一区域上镀类金刚石膜,然后再在所述的第二区 域镀类金刚石膜具体包括如下步骤:
[0019] 首先用高温胶带粘贴在所述的第二区域,所述高温为2 100°C,然后在所述的硫化 锌基体表面上镀类金刚石膜,即在所述的第一区域镀膜,然后,取下所述的高温胶带,再用 高温胶带粘贴在所述的第一区域上,再次对所述的硫化锌基体表面进行镀类金刚石膜,即 在所述的第二区域上镀膜,然后取下所述的高温胶带即完成硫化锌基体表面类金刚石膜的 镀制。
[0020] 进一步的,所述的先在所述的第一区域上镀类金刚石膜,然后再在所述的第二区 域镀类金刚石膜具体包括如下步骤:
[0021] 采用与所述的硫化锌基体表面轮廓一致的第一栅罩罩住所述的硫化锌基体表面, 所述的第一栅罩包括与所述的第二区域相对应的金属栅板,用于遮挡所述的第二区域;然 后将所述罩有第一栅罩的所述硫化锌基体表面进行镀类金刚石膜,即在所述第一区域上镀 膜,取下所述第一栅罩;
[0022] 采用与所述的硫化锌板基体表面轮廓一致的第二栅罩罩住所述的硫化锌基体表 面,所述的第二栅罩包括与所述的第一区域相对应的金属栅板,用于遮挡所述的第二区域; 然后将所述罩有第二栅罩的所述硫化锌基体表面进行镀类金刚石膜,即在所述第二区域上 镀膜,取下所述的第二栅罩即完成硫化锌基体表面类金刚石膜的镀制。
[0023] 进一步的,所述的镀类金刚石膜采用的镀膜方法为等离子体增强化学气相沉积 法,具体操作如下:在气压< 3.0 X l(T3Pa条件下,向镀膜室通入丁烷或甲烷气体,调节气压 至2-4Pa,开始镀膜,镀膜功率为100-200W,自偏压< 400V,沉积时间为10-20min。
[0024] 另一方面,本发明提供一种具有类金刚石膜的硫化锌板,上述方法制备而得,所述 的具有类金刚石膜的硫化锌板包括硫化锌基体,其上设置有厚度为60-80nm的Ge膜过渡层; 所述的过渡层上设置有类金刚石膜,所述的类金刚石膜厚度为〇.1_2μπι;所述的类金刚石膜 由面积为l-25cm2的类金刚石膜小块拼接而成。
[0025] 与现有技术相比,本发明申请至少具有如下有益效果:
[0026] 本发明申请采用过镀层(Ge膜)可以防止由于硫化锌基体与DLC膜的性质差别大造 成的DLC膜脱落。
[0027] 现有技术中对于较大的板材仍采用整体镀膜,容易造成膜结构的整体应力不均 匀,从而引起DLC膜的脱落,本发明申请采用分块镀膜的方法,DLC膜是由多个小块组成,从 而解决了膜的应力不均匀的问题,而且即使有小块膜脱落也不会影响到其他部分。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法实施例1中的第一栅罩的结 构示意图;
[0029] 图2为本发明硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法实施例2中第二栅罩的结构 示意图。
【具体实施方式】
[0030] 为了更清楚的阐述本发明的内容和技术方案,下面结合较佳实施方案予以详细的 说明,这里要说明的是,较佳实施例只是为了方便本领域技术人员更容易理解本发明的技 术方案,并不作为本发明方案的限定。
[0031] 本发明申请方案的原理是通过过渡层来防止硫化锌基体与DLC膜之间的物化性质 差别大造成的DLC膜脱落,同时采用分隔法镀制DLC膜,可以防止应力不均造成的DLC膜脱 落。本发明采用PECVD法,PECVD设备与其他镀膜设备相比具有操作简单、设备廉价、使用范 围广泛等优势。
[0032]下面是具体实施例:
[0033] 实施例1 [0034]步骤一:清洗基片
[0035]直径为200_的硫化锌圆板在镀膜前用滴入石油醚和酒精混合液的脱脂棉仔细擦 拭干净,然后在丙酮中超声清洗15min,取出后用脱脂棉擦干基体,最后用酒精擦拭,放入烘 烤箱烘干,待用。
[0036]步骤二:过镀膜镀制
[0037]将清洗好的硫化锌圆板放入电子束蒸发镀膜机中镀光学增透膜,Ge膜作为增透膜 系的最内层,同时起到过渡层的作用,厚度为60nm。镀制完成后取出硫化锌圆板,镀制参数 为:100°C烘烤40min,氩气辅助阳极300V,1A。
[0038]步骤三:表面分割
[0039]图1为第一栅罩结构不意图,如图1所不,第一栅罩包括宽度为l_2cm宽的金属条1, 间隔2的宽度为0.5-lcm,用第一栅罩罩上第一次镀DLC膜所用铝栅罩,目的是将硫化锌圆板 进行分区域镀膜,这样可以减小DLC膜层的应力变化,防止膜脱落,同时,即使出现膜脱落也 不会影响到其他区域的膜层。
[0040] 步骤四:第一次DLC镀膜
[0041] 将分割完后的硫化锌圆板放入PECVD真空镀膜室。在不加热的情况下,当气压< 3.0 X 10_3Pa时,通入丁烷,调整气压稳定在4Pa。开始镀膜,功率为100W,镀膜时间20min。 [0042] 步骤五:第二次DLC镀膜
[0043]图2为第二栅罩结构示意图,如图2所示,第二栅罩包括宽度为0.5-lcm宽的金属条 3,间隔4的宽度为l-2cm,金属条3正好可以覆盖第一次DLC镀膜区域,用第一栅罩罩上第一 次镀DLC膜所用铝栅罩,目的是将硫化锌圆板进行分区域镀膜,这样可以减小DLC膜层的应 力变化,防止膜脱落,同时,即使出现膜脱落也不会影响到其他区域的膜层。
[0044]本实施例制备的具有类金刚石膜的硫化锌板材的制备方法制备的板材具有条形 区域拼接而成的DLC膜,厚度为0 . Ιμπι,可以减小DLC膜的应力变化,有效防止了DLC膜的脱 落,采用栅罩分割有操作简单、迅速的优点。
[0045]采用上述方案镀制不同厚度的过镀膜,分别设置过渡层的厚度为70nm和80nm,对 不同厚度的过渡层膜的具有类金刚石膜的硫化锌板材内应力进行测定,60nm、70nm和80nm 对应的内应力分别为1 · 6GPa、1 · 3GPa和0 · 9GPa,说明随着厚度的增大内应力不断增加。 [0046] 实施例2:
[0047]步骤一:清洗基片
[0048]直径为250mm的硫化锌圆板在镀膜前用滴入石油醚和酒精混合液的脱脂棉仔细擦 拭干净,然后在丙酮中超声清洗15min,取出后用脱脂棉擦干基体,最后用酒精擦拭,放入烘 烤箱烘干,待用。
[0049] 步骤二:过渡层膜镀制
[0050] 将清洗好的硫化锌圆板放入电子束蒸发镀膜机中镀光学增透膜,Ge膜作为增透膜 系的最内层,同时起到过渡层的作用,厚度为60nm。镀制完成后取出硫化锌圆板,80°C烘烤 60min,氩气辅助阳极310V,1. 1A。
[00511步骤三:表面分割
[0052] 对硫化锌基体表面进行分割时先用10mm宽高温胶带对硫化锌圆板基体进行等距 (间隔40mm)分割。
[0053]步骤四:第一次DLC镀膜
[0054]将分割完后的硫化锌圆板放入TOCVD真空镀膜室。在不加热的情况下,当气压< 3.0 X 10_3Pa时,通入甲烷,调整气压稳定在4Pa。开始镀膜,功率为150W,镀膜时间15min。 [0055]步骤五:第二次DLC镀膜
[0056] 镀完第一次DLC膜后,撕下10mm宽高温胶带,再用40mm宽的高温胶带覆盖已镀膜区 域,按相同的镀膜工艺和时间第二次镀制DLC膜,以弥合分割线。镀膜完成后取出硫化锌基 体,撕下高温胶带。镀膜完成。
[0057] 本实施例制备的具有类金刚石膜的硫化锌板材的制备方法制备的板材具有条形 区域拼接而成的DLC膜,厚度为Ιμπι,可以减小DLC膜的应力变化,有效防止了 DLC膜的脱落, 采用高温胶带进行分割,可以根据需要灵活掌握分割区域的形状和大小。
[0058] 实施例3
[0059]步骤一:清洗基片
[0060]边长为l〇cm的正方形硫化锌板在镀膜前用滴入石油醚和酒精混合液的脱脂棉仔 细擦拭干净,然后在丙酮中超声清洗15min,取出后用脱脂棉擦干基体,最后用酒精擦拭,放 入烘烤箱烘干,待用。
[0061] 步骤二:过渡层膜镀制
[0062] 将清洗好的硫化锌圆板放入电子束蒸发镀膜机中镀光学增透膜,Ge膜作为增透膜 系的最内层,同时起到过渡层的作用,厚度为60nm。镀制完成后取出硫化锌圆板,镀制参数 为:120°C烘烤30min,氩气辅助阳极290V,0.9A。
[0063]步骤三:表面分割
[0064] 对硫化锌基体表面进行分割时先用10mm宽高温胶带对硫化锌圆板基体进行等距 (间隔10mm)分割,胶带垂直于硫化锌板材的一边,然后用10mm宽的高温胶带垂直于第一次 分割的高温胶带进行粘贴,间距为l〇mm。
[0065] 步骤四:第一次DLC镀膜
[0066] 将分割完后的硫化锌圆板放入PECVD真空镀膜室。在不加热的情况下,当气压< 3.0 X 10_3Pa时,通入甲烷,调整气压稳定在3Pa。开始镀膜,功率为200W,镀膜时间lOmin。 [0067]步骤五:第二次DLC镀膜
[0068]镀完第一次DLC膜后,撕下10mm宽高温胶带,再用边长为10mm的正方形高温胶带覆 盖已镀膜区域,按相同的镀膜工艺和时间第二次镀制DLC膜,以弥合分割线。镀膜完成后取 出硫化锌基体,撕下高温胶带。镀膜完成。
[0069] 本实施例制备的具有类金刚石膜的硫化锌板材的制备方法制备的板材具有正方 形区域拼接而成的DLC膜,厚度为2μπι区域边长为10mm,可以减小DLC膜的应力变化,有效防 止了 DLC膜的脱落,采用高温胶带进行分割,可以根据需要灵活掌握分割区域的形状和大 小。
[0070] 对比例
[0071]步骤一:清洗基片
[0072]边长为10cm的正方形硫化锌板在镀膜前用滴入石油醚和酒精混合液的脱脂棉仔 细擦拭干净,然后在丙酮中超声清洗15min,取出后用脱脂棉擦干基体,最后用酒精擦拭,放 入烘烤箱烘干,待用。
[0073] 步骤二:DLC镀膜
[0074]将分割完后的硫化锌圆板放入TOCVD真空镀膜室。在不加热的情况下,当气压< 3.0 X 10_3Pa时,通入甲烷,调整气压稳定在4Pa。开始镀膜,功率为150W,镀膜时间15min,得 到的DLC膜厚度为Ιμπι。
[0075]将实施例与对比例得到的具有类金刚石膜的硫化锌板材在高温、低温、湿热、盐 雾、重摩擦和热水浸泡条件下进行性能测定,结果如表1所示。
[0076] 表1性能测定对比表
[0077]
[0078] 通过表1可以看出,实施例1-3均通过了上述所有条件测试,膜均未发生脱落,对比 例均通过了高温、湿热和盐雾测试,但在低温、重摩擦和热水浸泡测试中,对比例出现了膜 脱落现象,由此可知,本发明申请的具有类金刚石膜的硫化锌板材有效防止膜脱落。
[0079]以上所述,仅为本发明的【具体实施方式】,但本发明的保护范围并不局限于此,任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,所述的硫化锌基体的面积2 50cm2,其 特征在于,包括如下步骤: (1) 除去所述硫化锌基体表面杂质; (2) 在除去表面杂质的所述的硫化锌基体表面镀过渡层,所述的过渡层为Ge膜,厚度为 6〇-80nm; (3) 在所述的Ge膜表面镀类金刚石膜:将所述的硫化锌基体表面分成面积为l-25cm2的 区域分别进行镀类金刚石膜,所述的类金刚石膜的厚度为0.1-2M1。2. 根据权利要求1所述的硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,其特征在于,所述的 步骤(1)具体包括如下步骤: 用带有石油醚和酒精混合液的脱脂棉擦拭所述的硫化锌基体,然后清洗,干燥。3. 根据权利要求1所述的硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,其特征在于,所述的 步骤(2)具体包括如下步骤: 采用电子束蒸镀法在所述的除去表面杂质的硫化锌板材表面镀所述的Ge膜,具体参数 为:80-120°C 烘烤30-60min,氩气辅助阳极 29〇-31〇ν,0·9-1·1Α。4. 根据权利要求1所述的硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,其特征在于,所述的 步骤(3)具体包括如下步骤: 将所述的硫化锌板材表面划分为交替排列的第一条形区域和第二条形区域,所述的第 一条形区域的面积为l-25cm2,所述的第二区域的面积为l-25cm2,先在所述的第一区域上镀 类金刚石膜,然后再在所述的第二区域镀类金刚石膜。5. 根据权利要求4所述的硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,其特征在于,所述的 先在所述的第一区域上镀类金刚石膜,然后再在所述的第二区域镀类金刚石膜具体包括如 下步骤: 首先用高温胶带粘贴在所述的第二区域,所述高温为2 l〇〇°C,然后在所述的硫化锌基 体表面上镀类金刚石膜,即在所述的第一区域镀膜,然后,取下所述的高温胶带,再用高温 胶带粘贴在所述的第一区域上,再次对所述的硫化锌基体表面进行镀类金刚石膜,即在所 述的第二区域上镀膜,然后取下所述的高温胶带即完成硫化锌基体表面类金刚石膜的镀 制。6. 根据权利要求4所述的硫化锌基体表面镀制类金刚石膜的方法,其特征在于,所述的 先在所述的第一区域上镀类金刚石膜,然后再在所述的第二区域镀类金刚石膜具体包括如 下步骤: 采用与所述的硫化锌基体表面轮廓一致的第一栅罩罩住所述的硫化锌基体表面,所述 的第一栅罩包括与所述的第二区域相对应的金属栅板,用于遮挡所述的第二区域;然后将 所述罩有第一栅罩的所述硫化锌基体表面进行镀类金刚石膜,即在所述第一区域上镀膜, 取下所述第一栅罩; 采用与所述的硫化锌板基体表面轮廓一致的第二栅罩罩住所述的硫化锌基体表面,所 述的第二栅罩包括与所述的第一区域相对应的金属栅板,用于遮挡所述的第二区域;然后 将所述罩有第二栅罩的所述硫化锌基体表面进行镀类金刚石膜,即在所述第二区域上镀 膜,取下所述的第二栅罩即完成硫化锌基体表面类金刚石膜的镀制。7. 根据权利要求1或4或5或6任意一项所述的具有类金刚石膜硫化锌基体表面镀制类 金刚石膜的方法,其特征在于,所述的镀类金刚石膜采用的镀膜方法为等离子体增强化学 气相沉积法,具体操作如下:在气压< 3.0 X l(T3Pa条件下,向镀膜室通入丁烷或甲烷气体, 调节气压至2_4Pa,开始镀膜,镀膜功率为100-200W,自偏压< 400V,沉积时间为10-20min。8.-种具有类金刚石膜的硫化锌板,由权利要求1-7任意一项所述的方法制备而得,其 特征在于,所述的具有类金刚石膜的硫化锌板包括硫化锌基体,其上设置有厚度为60-80nm 的Ge膜过渡层;所述的过渡层上设置有类金刚石膜,所述的类金刚石膜厚度为0.1-2μπι;所 述的类金刚石膜由面积为l-25cm 2的类金刚石膜小块拼接而成。
【文档编号】C23C16/26GK105839058SQ201610204682
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】伏开虎, 金扬利, 祖成奎, 邱阳, 韩滨, 陈江, 赵慧峰, 王衍行, 赵华, 何坤, 徐博
【申请人】中国建筑材料科学研究总院
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