共体光学元件表面高反膜的磁控溅射制备实验研究
发布时间：2021-12-18 10:59
目前金属反射镜是光学系统中的重要元件。由于铝合金材料易于成型,采用金刚石单点切削方法可以直接获得高质量的非球曲面,充分利用铝合金反射镜可被超精密加工的优点,学者们已经设计出了多个自由曲面一体化的共体光学元件,使光学系统的结构更加复杂紧凑。在反射镜表面沉积薄膜是非常重要的工艺步骤,如何获得均匀的多波段高反射膜是一个重要问题,但面向这种新型共体光学元件的镀膜工艺还没有系统的研究。共体光学元件结构复杂,导致其反射面上沉积的薄膜特性较难表征、均匀性较难控制。基于此,本文采用磁控溅射这种粒子发射方向可控的薄膜镀制方式,在平面反射镜上定性地探索了镀膜工艺;为解决复杂结构薄膜表征问题,使用多个平面逼近自由曲面的理念设计了试镀件,以试镀件作为实验基底替代了共体光学元件;为解决复杂结构薄膜均匀性问题,建立了厚度分布模型,为后续的共体光学元件表面均匀的多波段高反射膜的研究提供了条件并建立了理论基础。首先,探索了6061T6铝合金表面多波段高反射膜的镀制工艺。银因为优良的光学性能被选为高反射膜的材料,平面反射镜被加工作为实验基底。研究了功率和气压与银膜沉积速率的关系;对比了不同功率和气压对银膜反射率的影响;...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电转塔中的反射系统
ぴ谑谐⌒枨蟮耐贫?拢?鸾バ纬闪送暾?难蟹ⅰ⑸杓坪椭票傅奶逑怠８叻?射膜是光学薄膜的重要部分，在共体元件的反射面上镀制高反射膜可以提高整体反射率，改善成像质量。共体元件发展速度快，具有更多反射面且更紧凑的反射系统会迅速出现。本文将针对四面共体元件（深285mm，直径379mm）研究在其表面镀制高反射膜的方法，从而提高新式反射系统的光学性能。1.2薄膜的制备方法薄膜的真空气相沉积可分为三个步骤：（1）产生相关所需薄膜材料的粒子流；（2）将粒子流运送至基底；（3）粒子与基底通过物理或化学方式结合[8]。如图1-2所示，每个步骤都有多种技术方案，研究者依据基底的形状、所需薄膜的特性等技术要求，选择合适的技术方案进行组合或开发新的技术方案。图1-2薄膜沉积步骤在第（1）步中，产生的粒子流中有中性粒子和带电粒子，粒子流的产生方式不同，中性粒子与带电粒子的占比也就不同。若薄膜材料以气态形式存在，例如制备DLC薄膜的C2H2，通C2H2气体产生的粒子流就是中性的。对于以固态形式存在的薄膜材料，二极溅射、直流磁控溅射与热蒸发等能量不高、离化率低的方式，产生的粒子流多数为中性粒子；高频脉冲溅射与多弧离子放电等瞬时能量大、离化率高的方式，产生的粒子流多数为带电粒子[9]。在第（2）步中，运送粒子流到基底的方式也各异。粒子流在被发射时已经获得了一定的初速度。对于带电粒子，通过磁场和基底偏压，可以控制其运动轨迹；对于中性粒子，可以直接依靠初速度进行视线沉积，也可以在粒子运动路径上放置电场使其等离子化，再通过磁场和电场
龉?谕獾墓?程案例中可以归纳，曲面反射镜的镀制方式以磁控溅射和热蒸发为主。1.2.2零件内壁薄膜的制备方法现有光学系统主要由多个光学元件装调而成，高反射膜制备手段只需要解决单个平面或小曲率曲面的光学元件表面镀膜的问题即可，对新出现的多自由曲面共体离轴反射系统力有不逮。共体元件具有复杂的结构，在其内壁沉积高反射薄膜时，首先需要面对的就是薄膜均匀性问题。如果在反射镜表面制备的薄膜均匀性差，会直接影响反射镜的面型精度，使得成像失真，降低整体成像水平，需要依据反射镜的面型选择合适的镀膜方式。如图1-3所示，本文要在具有四个自由曲面的共体元件上制备均匀的薄膜，各反射镜离轴成环面分布，可以看成管件。管件在工程中应用广泛，研究者探究了许多在管件内壁镀制均匀的抗腐蚀耐磨损的功能膜的方法。图1-3具有四个自由曲面的共体元件与在曲面上制备高反射膜的发展历程相同，湿化学方法也是初期制备管状工件内壁薄膜的主要方案，但是此方法获得的薄膜结合力差，而且污染环境。在真空镀膜技术逐渐成熟之后，人们开始将真空镀膜技术应用到管状工件内表面镀膜中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂腔体件表面磁控溅射镀膜关键技术的研究[J]. 王德山,陈尤旭,胡兵兵. 现代机械. 2018(01)
[2]不锈钢表面电镀金及真空镀氮化碳多层膜研究[J]. 张波,匡加成,王良. 电镀与精饰. 2017(02)
[3]极紫外与软X射线用非晶碳膜全反射镜的研究[J]. 谭默言,蒋励,王占山. 光子学报. 2016(06)
[4]高斯曲率绝妙定理的几种公式的推导方法[J]. 邢家省,高建全,罗秀华. 四川理工学院学报(自然科学版). 2015(03)
[5]2.4m望远镜铝反射镜介质保护膜的研究[J]. 伦宝利,秦松年,王建国,刘忠. 中国激光. 2013(09)
[6]用逐层法设计Rh-Si真空紫外高反膜[J]. 戴佳鑫,李杰,刘兴悦,赵腾,陈大鹏,干蜀毅. 真空. 2012(04)
[7]等厚干涉法测量薄膜厚度的两种方法[J]. 左则文. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[8]金属薄膜厚度小于电子自由程对其光反射率的影响[J]. 林育琼,冯仕猛,王坤霞,顾俊,刘少军. 光子学报. 2011(02)
[9]磁控溅射法中影响薄膜生长的因素及作用机理研究[J]. 郝正同,谢泉,杨子义. 贵州大学学报(自然科学版). 2010(01)
[10]不锈钢管道内壁镀TiN薄膜技术及其真空性能的研究[J]. 张耀锋,王勇,尉伟,王建平,范乐,蒋道满. 核技术. 2006(03)
本文编号：3542252
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电转塔中的反射系统
ぴ谑谐⌒枨蟮耐贫?拢?鸾バ纬闪送暾?难蟹ⅰ⑸杓坪椭票傅奶逑怠８叻?射膜是光学薄膜的重要部分，在共体元件的反射面上镀制高反射膜可以提高整体反射率，改善成像质量。共体元件发展速度快，具有更多反射面且更紧凑的反射系统会迅速出现。本文将针对四面共体元件（深285mm，直径379mm）研究在其表面镀制高反射膜的方法，从而提高新式反射系统的光学性能。1.2薄膜的制备方法薄膜的真空气相沉积可分为三个步骤：（1）产生相关所需薄膜材料的粒子流；（2）将粒子流运送至基底；（3）粒子与基底通过物理或化学方式结合[8]。如图1-2所示，每个步骤都有多种技术方案，研究者依据基底的形状、所需薄膜的特性等技术要求，选择合适的技术方案进行组合或开发新的技术方案。图1-2薄膜沉积步骤在第（1）步中，产生的粒子流中有中性粒子和带电粒子，粒子流的产生方式不同，中性粒子与带电粒子的占比也就不同。若薄膜材料以气态形式存在，例如制备DLC薄膜的C2H2，通C2H2气体产生的粒子流就是中性的。对于以固态形式存在的薄膜材料，二极溅射、直流磁控溅射与热蒸发等能量不高、离化率低的方式，产生的粒子流多数为中性粒子；高频脉冲溅射与多弧离子放电等瞬时能量大、离化率高的方式，产生的粒子流多数为带电粒子[9]。在第（2）步中，运送粒子流到基底的方式也各异。粒子流在被发射时已经获得了一定的初速度。对于带电粒子，通过磁场和基底偏压，可以控制其运动轨迹；对于中性粒子，可以直接依靠初速度进行视线沉积，也可以在粒子运动路径上放置电场使其等离子化，再通过磁场和电场
龉?谕獾墓?程案例中可以归纳，曲面反射镜的镀制方式以磁控溅射和热蒸发为主。1.2.2零件内壁薄膜的制备方法现有光学系统主要由多个光学元件装调而成，高反射膜制备手段只需要解决单个平面或小曲率曲面的光学元件表面镀膜的问题即可，对新出现的多自由曲面共体离轴反射系统力有不逮。共体元件具有复杂的结构，在其内壁沉积高反射薄膜时，首先需要面对的就是薄膜均匀性问题。如果在反射镜表面制备的薄膜均匀性差，会直接影响反射镜的面型精度，使得成像失真，降低整体成像水平，需要依据反射镜的面型选择合适的镀膜方式。如图1-3所示，本文要在具有四个自由曲面的共体元件上制备均匀的薄膜，各反射镜离轴成环面分布，可以看成管件。管件在工程中应用广泛，研究者探究了许多在管件内壁镀制均匀的抗腐蚀耐磨损的功能膜的方法。图1-3具有四个自由曲面的共体元件与在曲面上制备高反射膜的发展历程相同，湿化学方法也是初期制备管状工件内壁薄膜的主要方案，但是此方法获得的薄膜结合力差，而且污染环境。在真空镀膜技术逐渐成熟之后，人们开始将真空镀膜技术应用到管状工件内表面镀膜中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂腔体件表面磁控溅射镀膜关键技术的研究[J]. 王德山,陈尤旭,胡兵兵. 现代机械. 2018(01)
[2]不锈钢表面电镀金及真空镀氮化碳多层膜研究[J]. 张波,匡加成,王良. 电镀与精饰. 2017(02)
[3]极紫外与软X射线用非晶碳膜全反射镜的研究[J]. 谭默言,蒋励,王占山. 光子学报. 2016(06)
[4]高斯曲率绝妙定理的几种公式的推导方法[J]. 邢家省,高建全,罗秀华. 四川理工学院学报(自然科学版). 2015(03)
[5]2.4m望远镜铝反射镜介质保护膜的研究[J]. 伦宝利,秦松年,王建国,刘忠. 中国激光. 2013(09)
[6]用逐层法设计Rh-Si真空紫外高反膜[J]. 戴佳鑫,李杰,刘兴悦,赵腾,陈大鹏,干蜀毅. 真空. 2012(04)
[7]等厚干涉法测量薄膜厚度的两种方法[J]. 左则文. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2012(01)
[8]金属薄膜厚度小于电子自由程对其光反射率的影响[J]. 林育琼,冯仕猛,王坤霞,顾俊,刘少军. 光子学报. 2011(02)
[9]磁控溅射法中影响薄膜生长的因素及作用机理研究[J]. 郝正同,谢泉,杨子义. 贵州大学学报(自然科学版). 2010(01)
[10]不锈钢管道内壁镀TiN薄膜技术及其真空性能的研究[J]. 张耀锋,王勇,尉伟,王建平,范乐,蒋道满. 核技术. 2006(03)
本文编号：3542252
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