[發明專利]一種黑色硫摻雜二氧化鈦薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011639069.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112853257B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 孔壯;賈金升;那天一;曹振博;孟政;孟凡禹;楊亮亮;劉波;王一葦;孫勇
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院有限公司
• 主分類號: C23C8/12
• 分類號: C23C8/12;C01G23/047
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 霍紅艷;劉鐵生

本發明是關于一種黑色硫摻雜二氧化鈦薄膜及其制備方法和應用，所述二氧化鈦薄膜從內向外依次為白色銳鈦礦TiO₂層、黑色銳鈦礦TiO₂層及黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層；所述黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層中硫的摻雜量為1at％?10at％。本發明所述的制備方法，其得到黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層的厚度為50?100μm，波長范圍(300nm～800nm)吸收率達到98％以上，用于雜散光消除領域。

技術領域

本發明涉及鈦合金鏡筒精細處理技術領域，具體涉及一種黑色硫摻雜二氧化鈦薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

鈦金屬因具有高比強度、高抗腐蝕等優異性能，可以替代質重的高強鋼材料在海洋船舶、航空航天、武器裝備等工業中廣泛應用。為達到特殊的減小光反射的要求，需要在鈦金屬表面制備一層黑色涂層。有現有技術公開了一種鈦表面黑色氧化鈦膜的制備方法。該方法采用兩步復合處理的技術方法在鈦或鈦合金表面制備黑色氧化膜，即先形成氧化膜、再真空或保護氣氛熱處理獲得黑色氧化膜。具體為第一步將表面清潔的鈦或鈦合金試樣經大氣氧化、陽極氧化或微弧氧化，在鈦或鈦合金試樣表面生成厚度大于0.01μm的氧化鈦膜；第二步將表面生成氧化鈦膜的試樣經過水洗、烘干后，置于真空或非氧化性氣氛中進行熱處理(熱處理溫度高達200～1000℃)，在鈦表面形成黑色氧化鈦膜，膜層太薄，樣品吸收率低，無法滿足鏡筒消除雜散光的需求。還有現有技術將鈦在溶液中施加陽極電壓時，鈦表面就形成陽極氧化膜，氧化鈦膜厚度小于1μm，顏色有紅、黃、藍等多種顏色，但沒有黑色。將鈦在溶液中的陽極電壓提高到能發生火花放電的程度，就實現了鈦表面的微弧氧化。該技術可在鈦表面形成厚度大于1μm的氧化鈦膜，報道的最厚氧化膜可達到150μm。表面生成的氧化鈦膜屬于金紅石型TiO₂和銳鈦礦型TiO₂，顏色呈灰色，樣品吸收率低，無法滿足鏡筒消除雜散光的需求，且溶液中存在有害物資，污染環境。現有技術采用二步處理方法，樣品吸收率低，無法滿足鏡筒消除雜散光的需求，且不適合圓筒型鈦制品或批量生產黑色涂層制品。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種簡便易行、生產成本低、吸收率高，只通過調控反應氣氛即可制備能在空氣中穩定存在的黑色硫摻雜二氧化鈦薄膜及其制備方法和應用，以解決現有技術中鈦部件如鈦合金鏡筒形成黑色氧化鈦膜的制備工藝復雜、能耗大、成本高、吸收率低的問題。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明提出的一種黑色硫摻雜二氧化鈦薄膜，所述二氧化鈦薄膜從內向外依次為白色銳鈦礦TiO₂層、黑色銳鈦礦TiO₂層及黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層；所述黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層中硫的摻雜量為1at％-10at％。

優選的，前述的二氧化鈦薄膜中，其中所述硫的摻雜量為5at％。

優選的，前述的二氧化鈦薄膜中，其中所述黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層的化學組成為TiO_2-X-S，其中0＜x＜1。

優選的，前述的黑色硫摻雜二氧化鈦薄膜中，其中所述白色銳鈦礦TiO₂層、黑色銳鈦礦TiO₂層及黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層三者的厚度比例為(1-10)：(5-10)：(5-10)；所述黑色硫摻雜的金紅石TiO₂層在300nm～800nm的波長范圍內吸收率達到98％以上。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。依據本發明提出的一種黑色硫摻雜二氧化鈦薄膜的制備方法，包括以下步驟:

1)制備白色銳鈦礦TiO₂層：