Матеріал для оптичних покриттів

1 Матеріал для оптичних покриттів, що містить цирконію диоксид і неодиму оксид, який відрізняється тим, що він додатково містить лантаніду оксид, за наступним співвідношенням вказаних компонентів, мас % лантаніду оксид 3-48 неодиму оксид 12-42 цирконію диоксид решта 2 Матеріал по п 1, який відрізняється тим, що як лантаніду оксид він містить гольмію оксид або ітербію оксид Відомий матеріал для оптичних покриттів на основі цирконію (IV) оксиду [див Г Хасса та інш , Фізика тонких пленок, 1978, Т 8, с 99] Цей матеріал забезпечує середній показник заломлення п = 1 97 при кімнатній температурі та п = 2 05 при температурі підкладки 200°С для А = 0 5мкм Область спектральної прозорості цирконій (IV) оксиду у плівковому стані 0 25 -ь 9 Омкм [див С М Кузнецов та ш Справочник технолога-оптика - Л-д, Машиностроение, 1983 -с 333] Незважаючи на те, що цирконій (IV) оксид широко застосовується при створенні багатьох типів оптичних покриттів, застосування його для виготовлення прецизійних покриттів (дзеркал з відбиттям понад 99 5%, просвітлення з R < 0 5%, спектроподілювальних фільтрів і т ш) затруднено через наявність поліморфних перетворень як у масивних зразках, так і у плівковому етапі Поліморфні перетворення цирконій (IV) оксиду призводять до появи градієнту показника заломлення (п) за товщиною плівки і до погано відтворюванного значення показника заломлення від шару до шару При конденсації плівок цирконію (IV) оксиду на межі фаз можливою є поява крупних неконтрольованих стовпчастих структур, що призводить до досить великого коефіцієнту розсіювання (0 3 + 0 9%) у дзеркалі, сірого тону дзеркала при просвітленні Оптичні покриття у місцях утворення стовпча СО Ю 53411 стих структур і меж фаз є нестійкими до дм агресиЛантаніду оксид 3 - 48, вних хлорвмісних середовищ Неодиму оксид 12 - 42, При електронно-променевому випаровуванні Цирконію диоксид решта відбувається збіднення на кисень у плівках циркоПри цьому як лантаніду оксид матеріал міснію (IV) оксиду, що призводить до зростання коетить гольмію оксид або ітербію оксид фіцієнту поглинання Аби виключити це негативне Новим у винаході, що заявляється, є наявність явище, необхідно підтримувати жорсткий технолододатково гольмію оксиду або ітербію оксиду, та гічний режим, швидкість випаровування, рівномірмасове співвідношення компонентів не випаровування з ванни розтопу, що значно Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ускладнює технологію отримання оптичних позаявлюваних ознак та технічним результатом, що криттів досягається, є таким Найближчим до винаходу, що заявляється, є Оксиди металів ітрієвой підгрупи, що мають матеріал для оптичних покриттів, який містить цивисоку енергію зв'язка метал-оксиген можуть бути рконію диоксид і неодиму оксид, за наступним використані для отримання покриттів з високими співвідношенням вказаних компонентів, мас % міцносними характеристиками Крім того оксиди металів ітрієвої підгрупи мають підвищену СТІЙКІСТЬ цирконію диоксид 52 - 76, до корозії [див Химия и технология редких и раснеодиму оксид 24 - 48 сеянных элементов , ч II, под ред К А Больша[див А С СРСР №1391165, 1988 р ] Дане кова Издание 2-е переработанное и доп - М технічне рішення обрано прототипом "Высшая школа", 1976 - с 360] Зростанню енерПрототип співпадає з винаходом, що заявлягетичної МІЦНОСТІ сприяє відсутність у системі поється, у тому, що містить цирконію диоксид і неліморфних перетворень, а також утворення стабіодиму оксид льного шару покриттів складу xZrCh - уЫсЬОз Матеріал для оптичних покриттів, одержаний у zLn2C3, ВІДПОВІДНОСТІ до прототипу, має наступні характеристики, Добавка до системи ZrO2 - NCI2O3 лантаніду (III) (ітрієва підгрупа) оксиду призводить до утво- показник заломлення (п) у шарі 1 88 -ь 0 02 у рення широких областей твердих розчинів, в сисвидимій області спектру, темі ZrO2 - ШгОз - І-П2С3, що, в свою чергу, сприяє - спектральний діапазон прозорості 0 5 -ь зсувові довгохвильової межи області поглинань 5 Омкм при механічній МІЦНОСТІ та кліматичній СТІЙ(А-max) У N діапазон за рахунок розпорядкування КОСТІ І групи структури від пірохлорної до флюоритоподібної, Але даний матеріал має слідуючі недоліки Стабілізація оптичних характеристик у плівках - обмежена оптимальна спектральна область як від шару до шару, так і за товщиною шару обупрозорості 0 5 -М 0 Омкм, мовлена тим, що склад шару практично відповідає - нестабільність оптичних параметрів від шару складу вихідного матеріалу, що є твердим розчидо шару, ном кубічної структури, - нерівномірність напилення з ванни розтопу, Добавка окисду лантаніду ітрієвої підгрупи - енергетична МІЦНІСТЬ покриттів на рівні цирпризводить до зростання ковалентної частки у конію (IV) оксиду (аналог), зв'язку метал-оксиген, що сприяє зміцненню струк- показник заломлення плівок 1 88, тури, а отже - зростанню адгезії плівки до підклад- нестійкість до агресивних хлорвмісних сереки, енергетичної МІЦНОСТІ покриття, СТІЙКОСТІ його довищ до корозії, кліматичної СТІЙКОСТІ тощо, В основу винаходу поставлено задачу створиЗростання механічної МІЦНОСТІ ДО групи 0 вити матеріал для оптичних покриттів, в якому шлякликане зміцненням кристалічної ґратки у вихіднохом введення додаткового компонента забезпечиму матеріалі і покритті за рахунок зростання ковати поліпшення оптичних та експлуатаційних лентної складової зв'язку, а також заміни параметрів отримуваних покриттів, зокрема структури з пірохлорної на флюоритоподібну - зростання променевої МІЦНОСТІ порівняно з Масове співвідношення компонентів матеріалу ZrO2 в 1 5 рази, підібрано експериментально Воно обмежене об- розширення спектральної області прозорості ластю існування твердих розчинів кубічної струк(0 3 * 12 Омкм), тури При виході за нижні і верхні межі вмісту кож- зростання показника заломлення у плівках до ного компоненту тверді розчини розкладаються і 2 07 ± 0 03, утворюються гетерофазні системи - стабілізація показника заломлення у плівках Тверді розчини заявляемого складу синтезояк від шару до шару, так і за товщиною шару, вано співосаджєнням амоніаком ВІДПОВІДНИХ гідро- стабілізація процесу випаровування матеріаксидів з хлоридних розчинів неодиму, гольмію або лу з ванни розтопу, ітербію хлороксиду цирконію з наступним фільтру- підвищення механічної МІЦНОСТІ ДО групи 0, ванням, промиванням та осушенням осаду, відпа- зростання кліматичної СТІЙКОСТІ, корозійної дом, пресуванням, обпалом у вакуумній печі та СТІЙКОСТІ, СТІЙКОСТІ до агресивних хлорвмісних сеокислювальним відпадом редовищ та адгезії до підкладки, ПРИКЛАД 1 - зниження коефіцієнту поглинанння до < 10 4 Для отримання 100г матеріалу складу 26,0 Поставлена задача вирішена в матеріалі для мас % ZrO2 - 35,0 мас % Nd2O3 - 39,0 мас % оптичних покриттів, що містить цирконію диоксид і НО2О3 зливають розраховані КІЛЬКОСТІ розчинів неодиму оксид тим, що він додатково містить ланхлороксиду цирконію, хлоридів неодиму та гольтаніду оксид, за наступним співвідношенням вкамію з масовими концентраціями 270г/л, 258,7г/л та заних компонентів, мас % 53411 259,8г/л ВІДПОВІДНО Далі розчини переміщують і На підкладку діаметром 20мм, завтовшки 2мм, додають 25%-вого водного розчину амоніаку, привиготовлену зі скла марки К-8, кварцу (КУ) та герчому рН розчину має становити 9 0 ± 0 2 Отримаманію наносили покриття, одержані ВІДПОВІДНО ДО ну суміш гідроксидів металів відстоюють, осад Прикладів 1 і 2 відфільтровують, висушують при 950 ± 70°С та Процес випаровування заявлюваного матеріпрожарюють, пресують і проводять термічну оброалу для оптичних покриттів проводили на вакуумбку спочатку при 200 ± 50°С, а потім обпал у вакуній установці ВАК-710 методом електронноумній печі при 1850 ± 50°С протягом 4 годин при променевого випаровування зі скануванням про3 залишковому тискові менш ніж 1 0 мм ртст з наменя по випробуваному взірцю Залишковий тиск в ступним окиснювальним відпалом при 1000 ± 50°С камері при напиленні був 8 - 10 5 мм ртст і підпротягом 5 годин Отриманий матеріал представтримувався сталим Контроль оптичних параметляє собою твердий розчин кубічної структури рів покриттів проводився за допомогою спектрофотометра UV-5270 фірми "Beckman" Оптичні та експлуатаційні характеристики маВимірювання енергетичної МІЦНОСТІ проводилося теріалу наведені в таблиці на випробувальному стенді у багатомодовому реПРИКЛАД 2 жимі дії при X = 0 7 -ь 10 бмкм, за допомогою СО2Для отримання 100г матеріалу складу 24,2 лазера Випробування кліматичної СТІЙКОСТІ промас % ZrO2 - 27,9 мас % Nd2O3 - 47,8 мас % водили у кліматичній камері при ВІДНОСНІЙ ВОЛОГОYb2O3 зливають розраховані КІЛЬКОСТІ розчинів СТІ 98% та температурі 40 ± 2°С протягом 10 діб, хлороксиду цирконію з концентрацією за ZrO2 після чого зразки витримували протягом доби у 186,9г/л, хлоридів неодиму та ітербію з концентсольовому розчині (47% NaCI) Стан поверхні оцірацією за Nd2O3 - 189,3г/л та Yb2O3 - 172,4г/л ВІДнювали на мікроскопі МВЦ-К при 135- разовому ПОВІДНО Розчини ретельно перемішують, додають збільшенні 25%-ний водний розчин амоніаку, отриману суміш гідроксидів цирконію, неодиму та ітербію відстоюМеханічну МІЦНІСТЬ визначали за допомогою ють з наступним фільтруванням осаду, відмиваприладу СМ-55 Стрижень з гумовим наконечни+ ють від ІОНІВ Nhi4 та СІ - дистильованою водою ком, що було обтянуто батистом, під нормованим Осад висушують, прожарюють, пресують і провонавантаженням (200г) здійснював повертальнодять термічну обробку з наступним вакуумним та поступальні та коливальні рухи поверхнею зразка окиснювальним обпалом за технологічним режиНа поверхню наноситься алмазна паста, батист мом згідно з прикладом 1 Отриманий матеріал регулярно змочується спиртом Підраховується представляє собою твердий розчин кубічної струкповна КІЛЬКІСТЬ обертів до повного стирання потури криття Адгезію визначали або методом відриву клейкої стрічки типу МРТУ 6-05-1226-69, або піраОптичні та експлуатаційні характеристики маміди Віккерса як ідентора на лабораторному макетеріалу наведені в таблиці ті прилада Результати наведені в таблиці ФІЗИКО-ХІМІЧНІ показники, які характеризують оптичні та експлуатаційні властивості перевіряли таким чином Таблиця Оптико-експлуатаційні властивості покриттів заявлюваного плівкоутворюючого матеріалу № прикл Склад ПУМ, мас % 1 1 2 3 4 2 26 0ZrO2 - 35 0Nd 2 O 3 - 39 0Но2О3 24 2ZrO2 - 27 9Nd 2 O 3 - 47 8Yb2O3 Прототип 70ZrO2- 30Nd2O3 АналогZrO 2 Область прозорості, мкм 4 20 120 10,0 90 Пропускання, % 3 99 05 99 5 92 0 90 0 Таблиця (продовження) Променева МІЦ № прикладів Коефіцієнт поглинання Кліматична СТІЙ- Механічна МІЦ- Показник залоНІСТЬ, ВІДН ОДИпри А = 10 бмкм КІСТЬ, група НІСТЬ, група млення НИЦЬ 1 1 2 3 4 4