一种红外窗口的制作方法

专利名称:一种红外窗口的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种红外窗口，属于红外成像技术领域，包括外框和设置在外框上的光学晶体，所述光学晶体的表面设有纳米钻石烯层或纳米碳晶层。本实用新型的光学晶体表面设纳米钻石烯层后，红外窗口的透过率可达99%以上，比硅、锗、硫化锌或硒化锌等制成的红外光学窗口的透过率高40%左右；抗热震优值可达11000（MPa）1/2·cm?1以上，能够长时间在恶劣的工作环境下工作。
【专利说明】
_种红外窗口
技术领域
[0001]本实用新型属于红外成像技术领域，具体涉及一种红外窗口。
【背景技术】
[0002]红外窗口主要用于红外探测器和飞行器上的窗口、头罩或整流罩等，要求其在相应工作波段上有尽可能高的透过率，且自辐射尽可能小，以免产生假信号。作为窗口材料必需能够承受恶劣的环境条件，特别是能够承受气动加速，因此它必须具有较高熔点，在高温下具有良好的力学性能、耐热冲击、耐高低温交变、耐振动、耐粒子侵蚀和化学稳定性好等特点。之前，ZnSe因具有熔点高、禁带宽度大、热膨胀系数低、硬度高、机械强度好、光学透过波段宽等性能，在2-12μπι本征透过率大于65%，吸收率、折射率温度系数低，折射率随波长变化而改变很小而应用于红外窗口上，但ZnSe的抗热震优值只有550(MPa)V2.cm—S不利于在极端恶劣的环境中工作。
[0003]金刚石材料不仅具有优异的机械性能(高硬度、高弹性模量)，其热学性能和光学性能(高热导率、低热膨胀系数、宽的光谱透过范围等)也十分优越，使其成为一种极佳的红外窗口材料，且由金刚石膜制成的光学窗口的抗热震优值可达10600(MPa)1/2.cm—S特别适用于在极端恶劣的环境中工作。另外，金刚石膜用作各种光学透镜的保护膜，尤其是雷达波在穿透金刚石膜时不易失真，而且散热快、耐磨性好，还可以承受雷达罩在高速飞行中受到高速雨点和尘埃的撞击以及温度骤变。但金刚石膜的制备技术还存在很多难题和不足，生产成本高、产品质量无法保证，使其很难满足红外窗口的需求。
[0004]申请号201510749250.X公开了一种新型可控型的层状结构的纳米钻石烯，为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为Sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为SP2轨道杂化碳键连接，具有优异的光学性能、高硬度和弹性模量、很高的断裂强度、高热导率、极低热膨胀系数和极佳化学稳定性的特点，而且其制备工艺简便、易控制。
[0005]专利申请号为2015107503345的专利申请公开了一种纳米碳晶，为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布;晶格间距为0.21nm，C含量为99?100%，该纳米碳晶具备硬度高、耐磨性强、导热率高、稳定高、亲油疏水等特性。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种红外窗口。
[0007]基于以上目的，本实用新型采取以下技术方案:
[0008]—种红外窗口，包括外框和设置在外框上的光学晶体，所述光学晶体的表面设有纳米钻石烯层或纳米碳晶层。
[0009]优选地，所述光学晶体的表面镀覆或涂覆有纳米钻石烯层。
[0010]进一步优选地，所述纳米钻石稀层或纳米碳晶层的厚度为s，300nm彡S彡ΙΟμπι。
[0011]进一步优选地，所述纳米钻石稀的平均粒度为1?1，20<1?1<200111]1;纳米碳晶的平均粒度为R2，0<R2彡10nm。
[0012]进一步优选地，所述光学晶体通过密封胶固定在外框上。
[0013]进一步优选地，所述外框上设有密封圈和数个安装孔，密封圈位于安装孔的外侧。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0015]1、本实用新型的光学晶体表面设纳米钻石烯层或纳米碳晶层后，红外窗口的透过率可达99%以上，比硅、锗、硫化锌或砸化锌等制成的红外光学窗口的透过率高40%左右;抗热震优值可达11000(MPa)1/2.cm—1以上，能够长时间在恶劣的工作环境下工作。
[0016]2、该红外窗口应用到光学仪器上，使其数据真实、精确度高，具有散热快、硬度高、弹性模量高、断裂强度较高、热膨胀系数低、化学稳定性好、耐磨性好、耐腐蚀性好等的优点，能够避免热冲击和脱落现象，无污染、节约了成本。
【附图说明】

[0017]图1为本实用新型的结构不意图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]—种红外窗口，如图1所示，包括外框2和通过密封胶3密封固定在外框2上的光学晶体I，外框2上设有密封圈5和均匀分布的3个安装孔6，密封圈5位于安装孔6的外侧，所述光学晶体I的表面镀覆有厚度为300nm的纳米钻石稀层4，纳米钻石稀的平均粒度为Ri，Ri=200nmo
[0020]采用真空溅射镀覆工艺，以光学晶体本身为基体，采用纳米钻石烯材料作为原料，对光学晶体进行镀覆，具体方法为:
[0021]1、将光学晶体进行化学清洗或除尘处理后，进行溅射净化lmin，以清除光学晶体表面的吸附气体、各种污染物和氧化物，除掉粘附力弱的沉积粒子；
[0022]2、将触媒靶安装在真空溅射镀装置的溅射源的圆盘阴极下方，确保触媒靶与冷却水之间密封良好；
[0023]3、将光学晶体置于触媒靶的下方，与其保持30-50cm的距离；阳极处于触媒靶与光学晶体之间；
[0024]4、抽真空至(3-5) X 10—3Pa，通入氩气或氮气，氩气或氮气分压保持在10—1Pa;
[0025]5、通入纳米钻石烯材料；
[0026]6、接通冷却水和溅射电源，调节溅射电压为l-2kv，电流密度达到5-lOmA/cm2，接通时间继电器根据所需镀层厚度进行溅射；
[0027]7、停止抽气，关闭氩气或氮气阀门，通入大气至常压，取出光学晶体抛光；
[0028]8、然后将镀覆后的光学晶体通过密封胶安装于外框上，密封圈固定在外框上，使用时，外框通过安装孔和螺钉安装在相应设备上，外框采用不锈钢或合金材料。
[0029]实施例2
[0030]—种红外窗口，如图1所示，包括外框2和通过密封胶3密封固定在外框2上的光学晶体I，外框2上设有密封圈5和均匀分布的3个安装孔6，密封圈5位于安装孔6的外侧，所述光学晶体I的表面涂覆有厚度为1ym的纳米钻石稀层4，纳米钻石稀的平均粒度为Ri，Ri=20nmo
[0031 ]具体涂覆方法为:先用基体处理剂对光学晶体进行处理;然后采用纳米钻石烯材料，加入以合成树脂、光学透光胶为主的粘结剂，在光学晶体的表面进行密型植砂，最后进行表面处理，使其达到所需光洁度;然后将涂覆后的光学晶体通过密封胶安装于外框上，密封圈固定在外框上，使用时，外框通过安装孔和螺钉安装在相应设备上，外框采用不锈钢或合金材料。
[0032]实施例3
[0033]本实施例中光学晶体I的表面涂覆有厚度为700nm的纳米碳晶层，纳米碳晶的平均粒度为R2，R2=1nm,其他同实施例2。
[0034]本实用新型的光学晶体表面设纳米钻石烯层或纳米碳晶层后，红外窗口的透过率可达99%以上，比硅、锗、硫化锌或砸化锌等制成的红外光学窗口的透过率高40%左右;抗热震优值可达11000(MPa)1/2.cm—1以上，能够长时间在恶劣的工作环境下工作。
【主权项】
1.一种红外窗口，其特征在于:包括外框和设置在外框上的光学晶体，所述光学晶体的表面设有纳米钻石烯层或纳米碳晶层。2.根据权利要求1所述的红外窗口，其特征在于:所述光学晶体的表面镀覆或涂覆有纳米钻石稀层。3.根据权利要求1所述的红外窗口，其特征在于:所述纳米钻石烯层或纳米碳晶层的厚度为S，300nm彡 S 彡 ΙΟμπι。4.根据权利要求3所述的红外窗口，其特征在于:所述纳米钻石烯的平均粒度为办，20<R1SSOOnm;纳米碳晶的平均粒度为R2，0<R2彡10nm。5.根据权利要求2或4所述的红外窗口，其特征在于:所述光学晶体通过密封胶固定在外框上。6.根据权利要求5所述的红外窗口，其特征在于:所述外框上设有密封圈和数个安装孔，密封圈位于安装孔的外侧。
【文档编号】G01J5/02GK205719272SQ201620321910
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】薛胜辉, 杨晋中, 毛海涛, 王蕊蕊, 邵静茹, 穆小娜
【申请人】郑州华晶金刚石股份有限公司