[發明專利]一種耐砂蝕雨蝕金剛石紅外窗口及其制備方法

有效

• 申請號: 202011261303.0
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112458429B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 郭風祥;蓋志剛;徐珊珊;王宜豹;陳志剛;蓋志鵬;姜辛
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/01;C23C16/02;C23C16/56;G02B1/10;G02B1/118;G02B1/14;G02B1/18;G02B1/12
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 付秀穎

本發明涉及一種耐砂蝕雨蝕金剛石紅外窗口制造方法，包括金剛石窗口基體及其表面經表面處理得到的微納結構；制造方法包括：基底植晶、多熱絲薄膜生長、金剛石基體分離、表面結構制備等步驟。其優點是，紅外透光率高，耐沙塵、雨水侵蝕，機械性能優異，抗熱沖擊性能好。

技術領域

本發明屬于紅外光學窗口技術領域，具體為一種耐砂蝕雨蝕金剛石紅外窗口的設計與制備方法。

背景技術

隨著軍事科技的發展，CVD金剛石涂層在軍事領域特別是在紅外光學方面的應用成為各國關注的重點。傳統的Si、Ge、硫化鋅、硫化銦、碲化鋅等材料的紅外性能優異，但是其機械性能較差，容易受到砂塵、雨水等的侵蝕。具有優異機械性能的金剛石，受到關注。金剛石在紅外光學方面的應用主要以兩種形式出現：一是金剛石厚膜即金剛石自支撐膜，其厚度一般大于100微米；另一種是金剛石涂層，也就是把金剛石涂層在其他紅外光學材料如Si、Ge、石英玻璃、ZnS等上以提高表面耐摩擦、耐沖擊、耐腐蝕以及其他力學性能，這種金剛石涂層的厚度一般小于幾十微米。然而現有的實驗結果表明，傳統紅外窗口材料與金剛石的復合，在理論和技術上是不能實現的。光學焊接等方法，宣稱能夠實現多窗口的復合，然而，焊接界面和工藝不穩定性必然影響窗口的完整性，特別是曲面窗口的紅外透過均勻性能。目前，大尺寸金剛石薄膜的制備主要集中在平面基底，因此加工成曲面窗口，成本高昂，難以大范圍應用。因此，發展曲面金剛石窗口制備技術方法，實現大尺寸、高強度、高質量金剛石紅外涂層的制備，成為必然選擇。

發明內容

基于上述問題，本發明提供一種大尺寸、高強度、高質量的耐砂蝕雨蝕金剛石紅外窗口，其成本較低。其技術方案為

一種耐砂蝕雨蝕金剛石紅外窗口，包括基體和其表面的微結構陣列，所述基體材料為本征金剛石或低濃度摻雜金剛石；所述的表面微結構陣列的材質為金剛石或低濃度摻雜金剛石；所述基體可以為單層膜或者多層金剛石膜組成的復合膜，厚度為50um～2.0cm，所述金剛石紅外窗口的厚度為50um～2.006cm，在3～5um和8～12um波段范圍內的最高透過率為20％～55％。

進一步的，所述表面微結構陣列，可以位于基體的單側或者雙側表面，其高度為0.2～3.00um。

進一步的，所述表面微結構，是利用納米壓印結合反應離子刻蝕方法獲得的納米錐或納米柱或棱臺，其外接圓直徑0.4～1.5um，間距0.4～2.0um,深徑比為0.5～3.0。

一種耐砂蝕雨蝕金剛石紅外窗口的制備方法，包括以下步驟，

S1.對基底進行植晶，將植晶基底安放在樣品臺上；

S2.布置多組熱絲實現生長基底表面溫度均勻，實現特定厚度的金剛石基體的制造；

S3.利用分離技術，將金剛石基體與生長基底分離；

S4.在金剛石基體表面制造微結構陣列。

進一步的，所述的表面微結構陣列，可以位于基體的單側或者雙側表面，其高度為0.2～3.00um。

進一步的，步驟S1中，所述植晶是利用納米金剛石粉對基底表面進行研磨處理，金剛石粒徑為1～500nm，研磨時間5～60min；所述基底為硅、鈦、鎳、鉭、鈮、鉬、鎢、碳化硅一種或多種組成的合金或復合材料。

進一步的，步驟S2中，所述布置多組熱絲為鉭絲或者鎢絲，與基底表面平行形成均勻溫度場，熱絲與基底表面的間距為5～35mm，熱絲之間的間距為5～15mm，基底表面的溫度為900～500攝氏度。

進一步的，步驟S3中，所述分離技術包括內應力自分離、機械剝離、化學氣相沉淀法中的一種或多種手段。

進一步的，步驟S4中，所述表面微結構形狀為納米錐或納米柱或棱臺，是利用納米壓印結合反應離子刻蝕方法，其外接圓直徑0.4～1.5um，間距0.4～2.0um,深徑比為0.5～3.0。