专利名称：氧化钇稳定氧化锆真空镀膜材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种氧化钇稳定氧化锆真空镀膜材料及其制备方法。
背景技术：
二氧化锆材料具有很强的抗激光损伤能力和非常宽的光谱透明范围，是光学薄膜中最主要的高折射率材料之一，另外，二氧化锆薄膜具有很好的热稳定性、化学稳定性和机械特性。但是二氧化锆存在多晶转变，对薄膜的性能有很大影响。ZrO2有三种主要晶型，即单斜、四方和立方晶型。单斜相在室温下稳定存在，加热到1170℃转变为四方相，在2370℃四方相转变为立方相，立方相一直稳定到氧化锆熔点2680℃，在冷却时发生可逆相变。因为单斜和四方晶型转变之间伴随着3％-5％体积变化，这会使氧化锆材料发生破坏，所以ZrO2薄膜在镀膜过程中发生相变产生喷溅，使蒸发束流不容易控制，很难保证镀膜过程的稳定性。同时在薄膜中产生大量缺陷，在激光的辐照下该缺陷成为吸收中心，产生热积累，在短时间内温度迅速升高使薄膜损毁。另外氧化锆薄膜的折射率有明显的不均匀性，随着膜厚增加，折射率降低，由于氧化锆的以上缺点，导致制备出的薄膜往往无法达到预期的光学性能和抗激光损伤性能。
在ZrO2加入Y2O3作为稳定剂，由于ZrO2中Zr4+离子半径和Y2O3中Y3+离子半径非常接近。Y3+置换Zr点阵中Zr4+而形成二元固溶体，填充了晶格缺陷，抑制了结构扭变，抑制了ZrO2相变，使ZrO2高温相(四方相或立方相)直接保留到室温，消除了ZrO2的体积效应，避免了镀膜过程中相变发生而使阈值提高。Y2O3的加入还可以消除薄膜的非均匀性，使折射率负变小到足以忽略的程度，从而可获得折射率稳定的膜层。ZrO2和Y2O3都属于高折射率镀膜材料，在ZrO2膜料中加入少量Y2O3，用这种复合膜料制备的膜层与ZrO2相比，折射率无明显下降，这对薄膜的光学性能不会产生影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化钇稳定氧化锆的真空镀膜材料及其制备方法，以解决传统氧化锆镀膜材料镀膜过程中的不稳定和折射率不均匀性问题，提高氧化锆薄膜的损伤阈值。
本发明的目的由以下技术解决方案实现一种氧化钇稳定氧化锆的真空镀膜材料，其特征在于该材料的成分为原料 mol％氧化锆75～98氧化钇2～25，聚乙烯醇结合剂适量所述的氧化钇稳定氧化锆的真空镀膜材料的制备方法包括以下步骤①以氧化锆和氧化钇粉料为原料，按选定的摩尔百分比称量原料，混合均匀后添加聚乙烯醇结合剂使粉料团聚，造粒成型；②对颗粒料进行预烧，预烧温度为1200℃；③然后在真空烧结炉中烧结，真空度为1×10-2～1×10-4帕，升温速率为5～10℃/分钟，烧结温度为1700～2200℃时，保温时间为120分钟以上，然后自然冷却降温至室温。
所述的造粒成型，其颗粒大小一般为1mm，以适合于镀膜使用。
本发明的优点在于本发明氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料，由于氧化钇的加入，Y3+置换Zr4+，两者生成固溶体，使ZrO2的高温相能够稳定到室温，使氧化锆不发生体积变化，从而在镀膜过程中不发生相变，增加了镀膜过程的稳定性，这就在很大程度上减少了缺陷产生的几率，提高了材料的抗激光损伤阈值。同时加入氧化钇还可以消除氧化锆薄膜折射率的不均匀性，从而获得折射率稳定的薄膜。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1将氧化锆和氧化钇按摩尔比百分比98％∶2％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为1700℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例2将氧化锆和氧化钇按摩尔比百分比＝98∶2混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为2200℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例3将氧化锆和氧化钇按摩尔比98％∶2％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为2000℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例4将氧化锆和氧化钇按摩尔比90％∶10％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为1700℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例5将氧化锆和氧化钇按摩尔比90％∶10％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为2200℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例6将氧化锆和氧化钇按摩尔比90％∶10％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为2000℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例7将氧化锆和氧化钇按摩尔比75％∶25％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为1700℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例8将氧化锆和氧化钇按摩尔比75％∶25％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为2200℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
实施例9将氧化锆和氧化钇按摩尔比75％∶25％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1200℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10-4帕，最高烧结温度为2000℃，保温时间为120分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化锆以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化锆真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。
权利要求
1.一种氧化钇稳定氧化锆的真空镀膜材料，其特征在于该材料的成分为原料 mol％氧化锆 75～98氧化钇 2～25，聚乙烯醇结合剂 适量
2.权利要求1所述的氧化钇稳定氧化锆的真空镀膜材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤①以氧化锆和氧化钇粉料为原料，按选定的摩尔百分比称量原料，混合均匀后添加聚乙烯醇结合剂使粉料团聚，造粒成型；②对颗粒料进行预烧，预烧温度为1200℃；③然后在真空烧结炉中烧结，真空度为1×10-2～1×10-4帕，升温速率为5～10℃/分钟，烧结温度为1700～2200℃时，保温时间为120分钟以上，然后自然冷却降温至室温。
3.根据权利要求2所述的氧化钇稳定氧化锆的真空镀膜材料的制备方法，其特征在于所述的造粒成型，其颗粒大小一般为1mm。
全文摘要
一种氧化钇稳定氧化锆的真空镀膜材料及其制备方法，该材料的原料mol％为氧化锆75～98，氧化钇2～25，添加适量的聚乙烯醇结合剂。其制备方法包括以下步骤①以氧化锆和氧化钇粉料为原料，按选定的摩尔百分比称量原料，混合均匀后添加聚乙烯醇结合剂使粉料团聚，造粒成型；②对颗粒料进行预烧，预烧温度为1200℃；③然后在真空烧结炉中烧结，然后自然冷却降温至室温。本发明氧化钇稳定氧化锆真空镀膜材料解决传统氧化锆镀膜材料镀膜过程中的不稳定和折射率不均匀性问题，提高氧化锆薄膜的损伤阈值。
文档编号C23C14/08GK1696328SQ200510026560
公开日2005年11月16日 申请日期2005年6月8日 优先权日2005年6月8日
发明者吴师岗, 邵建达, 易葵, 范正修 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所