[發(fā)明專利]氧化釔穩(wěn)定氧化鉿真空鍍膜材料的制法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410725109.1
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104446458A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 吳師崗
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 徐健

技術領域

本發(fā)明屬于真空鍍膜技術領域，具體是一種氧化釔穩(wěn)定氧化鉿真空鍍膜材料的制法。

背景技術

要制備高損傷閾值的激光薄膜，在可見和近紅外波段，高折射率材料方面則經(jīng)受了從TiO₂(n＝2.4)、Ta₂O₅(n＝2.1)向ZrO₂(n＝2.1)、HfO₂(n＝2.0)轉化的變革。因此當人們設計和制備閾值要求較高的高性能的光學薄膜元件時，常常傾向于采用HfO₂/SiO₂的組合。

在UV波段，目前人們對紫外膜材料的研究主要集中在準分子激光波長351nm(XeF)，308nm(XeCl)，248nm(KrF)，193nm(ArF)和Nd‐YAG激光的三倍頻與四倍頻(355nm?and?266nm)，波長越短，可用的膜材料越少。

HfO₂鍍膜材料具有折射率高，吸收系數(shù)低，以及良好的熱穩(wěn)定性和機械強度和高的抗激光損傷特性，成為目前優(yōu)選的激光薄膜鍍膜材料。

HfO₂具有高的介電常數(shù)K～25，具有寬的帶隙5.68ev，在550nm處折射率約為2.0。HfO₂材料有三種晶相，室溫下以單斜相存在，高溫下以四方相和斜方相存在。在1700℃，單斜相轉變?yōu)樗姆较啵嘧儼殡S著3.8％體積改變。單斜相在室溫下穩(wěn)定存在，加熱到1700℃轉變?yōu)樗姆较啵诶鋮s時發(fā)生可逆相變。因為單斜和四方晶型轉變之間伴隨著3.8％體積變化，這會使氧化鉿材料發(fā)生破壞，所以HfO₂薄膜在鍍膜過程中發(fā)生相變產(chǎn)生噴濺，使蒸發(fā)束流不容易控制，很難保證鍍膜過程的穩(wěn)定性。同時在薄膜中產(chǎn)生大量缺陷，在激光的輻照下該缺陷成為吸收中心，產(chǎn)生熱積累，在短時間內(nèi)溫度迅速升高使薄膜損毀。另外氧化鉿薄膜的折射率有明顯的不均勻性，隨著膜厚增加，折射率降低，由于氧化鉿的以上缺點，導致制備出的薄膜往往無法達到預期的光學性能和抗激光損傷性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種氧化釔穩(wěn)定氧化鉿的真空鍍膜材料，解決傳統(tǒng)氧化鉿鍍膜材料鍍膜過程中的不穩(wěn)定和折射率不均勻性問題，同時提高氧化鉿薄膜的損傷閾值。

本發(fā)明的目的由以下技術解決方案實現(xiàn)：

一種氧化釔穩(wěn)定氧化鉿的真空鍍膜材料的制備方法，包括以下步驟：

①以氧化鉿和氧化釔粉料為原料按一定的摩爾比例均勻混合，然后添加聚乙烯醇結合劑使粉料團聚，造粒；

②對顆粒料進行預燒，預燒溫度為1260℃；

③然后在真空燒結爐中燒結，真空度為1×10^－2～1×10^－4帕，升溫速率為3～8℃/分鐘，到達1700～2280℃時保溫，保溫時間為150分鐘以上，然后自然冷卻降溫至室溫。

所述原料的mol％為：氧化鉿73～98，氧化釔2～27。

所述的造粒顆粒大小約為1mm，以便于鍍膜使用。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明氧化釔穩(wěn)定氧化鉿材料，由于氧化釔的加入，Y³⁺置換Hf點陣中Hf⁴⁺而形成二元固溶體，抑制了結構扭變，抑制了HfO₂相變，使HfO₂高溫相(四方相或立方相)直接保留到室溫，消除了HfO₂的體積效應，從而保證了氧化釔穩(wěn)定氧化鉿材料使用過程的穩(wěn)定。這就在很大程度上減少了缺陷產(chǎn)生的幾率，提高了氧化鉿薄膜的損傷閾值，消除氧化鉿薄膜的不穩(wěn)定和折射率不均勻性問題。

具體實施方法

實施例1：將氧化鉿和氧化釔按摩爾比98％：2％混合均勻后，加入聚乙烯醇結合劑，將混合好后的粉料成型，預燒，預燒溫度為1260℃，然后真空燒結。真空燒結的真空度為1×10^－4帕，最高燒結溫度為1700℃,保溫時間為150分鐘。冷卻降溫后得到穩(wěn)定致密的氧化釔穩(wěn)定的氧化鉿真空鍍膜材料。通過XRD分析，形成固溶體，氧化鉿以四方晶型存在。用氧化釔穩(wěn)定的氧化鉿真空鍍膜材料在BK7玻璃基底上蒸鍍單層膜，折射率穩(wěn)定，真空室電子槍束流穩(wěn)定。