Матеріал для оптичних покрить

Изобретение относится к материалам для оптических покрытий, прозрачных в видимой и средней ИК областях спектра, высокой термической стойкостью, с высоким показателем преломления и, может быть использовано в оптической, электронной и других отраслях промышленности для изготовления многослойных высокоотражающих, термостойких, диэлектрических, защитных и других покрытий оптических и металлооптических элементов квантовой электроники. В настоящее время идет постоянный поиск и внедрение новых материалов для покрытий оптических деталей, которые пригодны для использования в ИК области спектра. Известен материал на основе (Патент Великобритании №1389630, кл. G02B1/10, 1975). Пленки на основе прозрачны в области спектра от 0,2 до 9мкм и имеют достаточно низкий коэффициент преломления: при Покрытия из двуокиси кремния, осажденные на горячие подложки, обладают относительно высокой адгезией, механической и химической стабильностью и достаточной плотностью. Они также используются в многослойных покрытиях в комбинации с оксидными пленками с высоким показателем преломления. Длинноволновая граница прозрачности покрытий из не превышает 9мкм. Это ограничивает использование этого материала в изделиях, работающих на длинах волн более 9мкм (например, с Уменьшение же толщины пленок из диоксида кремния до 0,1мкм и менее для уменьшения поглощения приводит к тому, что полученные слои не обладают достаточными защитными свойствами. Наиболее близким к заявляемому объекту по решению технической задачи является который выбран в качестве прототипа изобретения. Физика тонких пленок (Под ред. Г. Хасс, М. Франкомб., Р. Гофман. - М.: Мир, 1978. Т.8. - С.7). Тонкопленочные покрытия из диоксида циркония прозрачны в ИК области спектра до 12мкм, имеют коэффициент преломления равный 1,85; устойчивы к механическим воздействиям и обладают хорошими антикоррозионными свойствами. Однако покрытия из обладают: - резко увеличивающимся поглощением излучения с длиной волны 10,6мкм с ростом толщины пленки (уменьшение же толщины пленки менее 0,1мкм приводит к снижению защитных свойств ниже допустимого предела); - невоспроизводимостью свойств покрытий из т.к. в чистом имеются полиморфные превращений, которые затрудняют создание воспроизводимой технологии напыления оптических покрытий со стабильными эксплуатационными характеристиками; низкой температурной стабильностью покрытий из В основу изобретения поставлена задача создания материала на основе для оптических покрытий, в котором дополнительно содержащийся диоксид гафния при длинноволновой границе оптической прозрачности 11мкм позволит: - наносить покрытия с коэффициентом пропускания и коэффициентом рассеяния устойчивые к воздействию повышенных температур; - обеспечить воспроизводимую технологию нанесения покрытии. Материал для оптических покрытий содержит диоксид циркония и диоксид гафния при следующем соотношении компонентов, мас.%: диоксид циркония - 85 - 92, диоксид гафния - 8 - 15. Новым в заявляемом изобретении является дополнительное содержание в диоксиде циркония диоксида гафния, а также весовые соотношения диоксидов циркония и гафния в материале. Введение диоксида гафния в диоксид циркония приводит к образованию твердого раствора на основе моноклинной модификации и приводит к повышению температуры начала прямого и обратного переходов в диоксиде циркония, расширяет интервалы переходов, что приводит к уменьшению изменения объема во время превращения. Соотношения компонентов определяют экспериментально и ограничиваются областью существования азеотропных твердых растворов моноклинной структуры. Синтез пленкообразующих материалов предлагаемого состава проводили методом совместного осаждения гидроксидов циркония и гафния из солянокислых растворов концентрированным раствором аммиака при pH 8,5 - 9,5. Осадок промывали демине-рализованной водой до отрицательной реакции на -ион. Смесь гидроксидов циркония и гафния отстаивали в течение 4 - 5 часов для улучшения формирования осадка, затем фильтровали, промывали дистиллированной водой и высушивали в сушильном шкафу при 120 - 160°C в течение 16 - 24 часов с последующей прокалкой при 850 - 900°C в течение 4 - 6 часов, помолом полученного материала; прессованием в виде таблеток диаметром 10 - 20мм и высотой 10мм под давлением 500 - 600кг/см2 и обжигом их на воздухе при 1000°C. Оптические покрытия из таблеток твердых растворов оксидов циркония с оксидом гафния (от 0 до 20мас.%) моноклинной структуры наносили электронно-лучевым испарением в вакууме наустановке A-700Q фирмы "Лейбольд Гереус". Однослойные покрытия наносились на подложки из кварца, стекол марок КУ-1, К-8 и металлического германия. Этот же материал использовался для изготовления многослойных (21 слой) зеркал с высоким показателем преломления на длине волны 0,632мкм. Остаточное давление в рабочей камере 10 × 10-6тор. Скорость напыления слоя 75 120нм/мин. Исследовались оптические характеристики покрытий: показатели светопреломления, рассеяния и пропускания, диапазон оптической прозрачности. Спектральные характеристики оптических покрытий измеряли на спектрофотометре СФР-1. Положение коротковолновой границы прозрачности определяли при измерении спектрального пропускания на приборе СФ-8, длинноволновая граница исследовалась на приборе СВ-457 фирмы "Perkin-Elmer". Пример 1. Для синтеза материала состава 90мас.% 10мас.% использовали солянокислые растворы с концентрацией по 190,75г/л по 165,55г/л. Для получения 100г материала к 471,8мл раствора циркония приливали 60,4мл раствора гафния; смесь разбавляли дистиллированной водой до 2 - 2,5л и осаждали при перемешивании концентрированным раствором аммиака при конечном pH 9,0 в виде гидроксидов циркония и гафния. Смесь отстаивали в течение 5 часов для лучшего формирования осадка и фильтровали промывая горячей дистиллированной водой до отрицательной реакции на и - ионы в фильтрате. Осадок сушили при 120°C в течение 20 часов с последующей прокалкой при 900°C (6 часов) и таблетировали. Таблетки подвергали термической обработке при 1000°C на воздухе. Полученный оптический материал состава 90мас.% 10мас.% представляет собой твердый раствор на основе диоксида циркония. Материал напыляли методом электронно-лучевого испарения в вакуумной установке типа Пример 2 - 5 иллюстрируют получение материала для оптических покрытий с различными соотношениями компонентов. Технология получения этих материалов аналогична описанной в примере 1. В табл.1 приведены режимы испарения ПОМ и их. оптические характеристики (ускоряющее напряжение - 11кВ, ток - 50мА, давление в камере - 2 × 10-5мм.рт.ст.). Коэффициенты пропускания и рассеяния заявляемого материала приведены в табл.2. Оптические покрытия, полученные из предлагаемого материала, по сравнению с покрытиями на основе имеют следующие преимущества: - повышена область прозрачности с верхней границей до 11мкм; стабильность состава патентуемых пленкообразующих материалов обеспечивает воспроизводимость результатов при нанесении покрытий, а также позволяет наносить покрытия, которые при одинаковом поглощении имеют толщину в 2 раза превосходящие пленки из что обеспечивает более эффективную защиту оптической поверхности и долговечность покрытий. По сравнению с прототипом (оптическими покрытиями на основе покрытия из предлагаемого материала имеют следующие преимущества: - исключены полиморфные превращения; оптические пленки обладают стабильной моноклинной структурой; - обеспечена воспроизводимость технологии нанесения покрытий, приводящая к отсутствию растрескивания пленок на готовых изделиях; - покрытия из заявляемого материала устойчивы к воздействию повышенных температур nq крайней мере до 350 - 400°C на воздухе и в вакууме. Заявляемый материал на основе с содержанием 8 - 15мас.% промышленно применим, для его синтеза необходимо серийное оборудование; материал технологичен при нанесении оптических покрытий.