[發(fā)明專利]RB-SiC基底反射鏡表面改性層結(jié)構(gòu)及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010614356.6
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102094179A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申振峰;高勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/30;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/18;G02B1/10
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 王淑秋

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜沉積技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種RB-SiC基底反射鏡表面改性層結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)

SiC材料憑借其優(yōu)異的物理特性和機(jī)械特性，已經(jīng)成為空間用大口徑反射鏡基底的首選材料之一。但直接拋光后的SiC基底反射鏡很難獲得較高質(zhì)量的光學(xué)表面，其表面光學(xué)散射仍較大，無法滿足高質(zhì)量空間光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，使空間光學(xué)系統(tǒng)很難達(dá)到理想的分辨率。為解決這一矛盾，就必須要對SiC基底反射鏡進(jìn)行表面改性，設(shè)法提高其表面的光學(xué)質(zhì)量，以滿足空間光學(xué)系統(tǒng)對高分辨率的迫切要求。

所謂SiC基底表面改性就是要在SiC基底表面鍍制一層結(jié)合牢固且拋光性能良好的相當(dāng)厚度的致密改性層，覆蓋住基底表面缺陷，然后再對致密改性層進(jìn)行光學(xué)精密拋光，以達(dá)到獲得較高質(zhì)量的光學(xué)表面的目的。SiC基底反射鏡表面改性常用的一種方法是通過在基底表面制備一層Si改性層進(jìn)行改性。

SiC基底材料的制備方法很多，其中RB-SiC(反應(yīng)燒結(jié)SiC)是目前國內(nèi)工程上較為常用的一種SiC反射鏡基底材料。由于制備工藝的原因，RB-SiC材料中通常含有10％～30％的游離硅，即RB-SiC基底材料由兩相成分組成(如圖1所示)。圖2所示為RB-SiC基底表面500倍光學(xué)顯微鏡照片，深色部分為SiC材料，淺色部分為單質(zhì)Si。研究和實(shí)踐表明，直接用離子輔助制備Si改性層的方法對RB-SiC基底進(jìn)行表面改性的效果并不是很理想，其原因是在RB-SiC基底兩相成分上生長的Si改性層不均勻(如圖3所示)，RB-SiC基底表面Si改性層的生長情況出現(xiàn)了擇優(yōu)取向，在SiC和Si兩相成份上的生長情況明顯不同，且其分布復(fù)制了原基底表面的情況。兩種情況下Si膜生長的成核密度相差較大，使得在兩相成份上生長出的Si膜物理性質(zhì)出現(xiàn)差別，這直接導(dǎo)致它們拋光特性上的差異。而這必然導(dǎo)致改性層拋光特性不佳，影響最終的改性效果。

雖然直接用離子輔助制備Si改性層的方法對RB-SiC基底反射鏡的改性效果不佳，但由于RB-SiC制備成本較低，能夠做到近凈尺寸成型，且非常適于制備復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)的大口徑反射鏡基底，這些綜合的性能優(yōu)勢決定了其在未來航天應(yīng)用中不可或缺的地位。因此，為滿足高質(zhì)量大口徑空間光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用需求，針對RB-SiC基底本身的特性，設(shè)法找到一種更佳的改性方法，以進(jìn)一步提高RB-SiC基底表面改性的性能是勢在必行的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種能夠進(jìn)一步提高RB-SiC基底反射鏡表面改性效果，以獲得更高質(zhì)量的光學(xué)表面，滿足航天應(yīng)用中高質(zhì)量光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用需求的RB-SiC基底反射鏡表面改性層結(jié)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的RB-SiC基底反射鏡表面改性層結(jié)構(gòu)包括對RB-SiC基底表面Si相成分碳化后得到的SiC相成分，在RB-SiC基底SiC相成分12與Si相成分11碳化后得到的SiC相成分2表面制備的類金剛石膜緩沖層，在類金剛石膜緩沖層上生長的均勻致密的Si改性層。

所述類金剛石膜緩沖層厚度為10～120nm。

所述Si改性層厚度為15-25微米。

本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種上述RB-SiC基底反射鏡表面改性層結(jié)構(gòu)的制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的RB-SiC基底反射鏡表面改性層結(jié)構(gòu)的制備方法包括下述步驟：

一、鍍膜條件準(zhǔn)備：將RB-SiC基底固定于鍍膜機(jī)工件夾具上，Si粒盛裝于坩堝中；將鍍膜機(jī)的真空室抽真空至1.0×10^-3～2.0×10^-3Pa；在200～400℃溫度范圍內(nèi)烘烤并恒溫30～60分鐘；然后用放置于鍍膜機(jī)內(nèi)的Kaufman離子源充Ar氣對基底進(jìn)行20～40分鐘離子清洗，Ar氣體積流量為25～35sccm；

二、碳化RB-SiC基底表面Si相成分：調(diào)節(jié)Kaufman離子源使Ar氣的體積流量減小到8～11sccm，同時將CH₄氣體通入，CH₄氣體體積流量為15～25sccm；調(diào)節(jié)Kaufman離子源使其屏極電壓在600～700V范圍內(nèi)，束流達(dá)150～170mA，將CH₄電離成活性C離子及H離子，用C離子轟擊基底表面12～18分鐘，使C離子注入基底表面，與基底表面的Si相成分發(fā)生反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成SiC，從而把RB-SiC基底表面的Si相成分碳化成SiC成分；