Застосування високочистого сульфіду цинку як матеріалу для світлопоглинальних покриттів

Реферат: Застосування заздалегідь обробленого високочистого сульфіду цинку, позбавленого оксигенвмісних домішок як матеріалу для світлопоглинальних покриттів з механічною міцністю 0 групи. UA 91274 U (12) UA 91274 U UA 91274 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до оптичного приладобудування, конкретно до матеріалу для оптичних покриттів. Оптичні елементи з покриттям можуть бути використані у світлозахисних пристроях оптичних приладів (діафрагмах світлозахисних бленд, високоточних шкалах та сітках), а також при створенні приймачів радіації, перетворювачів сонячної енергії. Світлопоглинальні покриття складаються зі власне поглинального шару, нанесеного на поліровану поверхню, та антивідбивного покриття - інтерференційної системи з одного або двох шарів, що забезпечують зменшення відбиття. Як поглинальний шар найчастіше застосовують металевий хром. Антивідбивне покриття для видимого діапазону спектра складається з діоксиду силіцію та (або) діоксиду силіцію / діоксиду цирконію [див. Кузнецов СМ. и др. Справочник технолога-оптика. Л-д, Машиностроение, 1983. - C. 311-312]. Для ближнього ІЧ діапазону спектра як матеріал антивідбивного покриття можливе застосування германію. Проте, застосування германію як матеріалу для антивідбивного покриття має недоліки: через високу умовну температуру (понад 1400 °C) та здатність до змочування тугоплавких металів його необхідно наносити методом електронно-променевого випаровування, що призводить до перевитрат електричної енергії та загального подорожчання оптичного елемента. Крім того, при одержанні необхідної форми маски необхідно застосовувати технологічно складні прийоми травлення покриттів з германію. Замість германію, в принципі, можна застосовувати сульфід цинку, який є прозорим у ближньому ІЧ діапазоні спектра і має навіть кращі антивідбивні властивості завдяки нижчому, ніж у германію, показнику заломлення, а також відзначається більш простими методами його нанесення (резистивне випаровування у вакуумі) та травлення. Проте, стандартний плівкоутворюючий матеріал сульфід цинку утворює покриття з не дуже високою механічною міцністю, особливо, у парі з металевим хромом (група 1-2). В основу корисної моделі поставлена задача заміни германію як матеріалу для антивідбивного покриття на менш коштовний та зручніший для травлення матеріал високочистий сульфід цинку. Відомо застосування високочистого сульфіду цинку як матеріалу для інтерференційних покриттів (див. Патент UA №85460, МПК G02B 5/28, опубл. 25.11.2013, Бюл. № 22), який відзначається надвисокою міцністю в одношаровому плівковому покритті на підкладці з оптичного скла (30000 обертів, або група 0). Але невідомо застосування високочистого сульфіду цинку як матеріалу для світлопоглинальних покриттів. Поставлена задача вирішується застосуванням заздалегідь обробленого високочистого сульфіду цинку, позбавленого оксигенвмісних домішок, що має структуру сфалериту як матеріал для світлопоглинального (антивідбивного) покриття з механічною міцністю 0 групи. Новим у корисній моделі є те, що матеріал, який заявляється, містить цинк сульфід, заздалегідь оброблений та позбавлений оксидних домішок (у тому числі оксигенвмісних або будь-яких легуючих), що має структуру сфалериту. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак та технічним результатом, що досягається, є таким: у процесі високотемпературного випаровування плівкоутворюючого матеріалу не відбувається будь-якої взаємодії між оксигенвмісною домішкою та легуючою добавкою, основною фазою матеріалу або матеріалом випарника, а також із матеріалом власне поглинаючого покриття, тобто металевим хромом. Таким чином, у вакуумній камері створюються умови для одержання у плівкових шарах високочистого, бездефектного і однофазного матеріалу (ZnS), можливо, двовимірної наноструктури або монокристалічної плівки. Це, безумовно, має сприяти підвищенню прозорості та показника заломлення покриття із зазначеного матеріалу. Покриття готують таким чином. У ванночку з молібденової фольги випарника закладають таблетку, яка містить попередньо глибоко очищений цинк сульфід. Оптичну деталь зі знежиреними поверхнями та нанесеним шаром хрому встановлюють у гніздо підкладкоутримувача, а контрольну пластину зі знежиреними поверхнями встановлюють у гніздо фотометричного пристрою для контролю товщини шарів. Зачиняють вакуумну камеру та . -3 розпочинають відкачку з неї повітря. Коли у камері досягнуто вакуум 1 10 Па, вмикають обігрівання підкладок (ТЕН або інфрачервоні лампи); камера розігрівається до 150 °C та утримується при цій температурі протягом 1 години (температура у камері контролюється за допомогою термопари, яка розміщена поблизу поверхні оптичної деталі, на яку буде нанесено покриття). Вмикають живлення на випарнику і розігрівають матеріал до умовної температури випаровування; витримують під захисним екраном, доки не стабілізується тиск у вакуумній камері, після чого відводять захисний екран від випарника. За допомогою фотометричного пристрою контролюють товщину шару, який утворюється на контрольній пластині; коли 1 UA 91274 U 5 10 15 20 25 30 показання фотометричного пристрою свідчать, що досягнута потрібна товщина шару, вимикають живлення на випарникові і переводять захисний екран в положення над випарником. Процес термічного випаровування у вакуумі проводився за наступними параметрами: спосіб нагрівання: резистивний; струм нагріву - 100 А; . -3 початковий вакуум у камері ВУ-1 А: 1 10 Па; температура підкладки: 150 °C; швидкість нанесення плівкового шару: 150-250 нм/хв. Коефіцієнт розсіювання контролюється за допомогою фотометричного пристрою, до складу якого входять He-Ne лазер, фотометрична куля, еталонна пластина з відомим коефіцієнтом розсіювання, фотоприймач та реєструюча апаратура. Еталонна пластина розміщується у фотометричній кулі так, щоб на неї падало випромінювання лазера. Приймач розташований на поверхні фотометричної кулі під кутом 90° до еталонної пластини. Фіксують сигнал від еталонної пластини, потім замість неї ставлять досліджуваний зразок. По співвідношенню показань приймача розраховують коефіцієнт розсіювання зразка. Механічну міцність покриттів визначають стиранням обгорнутою батистовою тканиною гумовим наконечником на приладі СМ-55; робоча частина наконечника має бути закруглена за сферою радіусом 3 мм. Режим випробування: навантаження на стираючий 200 г наконечник частота обертання деталі з 500 об/хв. покриттям відстань від осі обертання 5 мм. деталі до осі наконечника Після випробувань на стирання поверхні деталі з покриттям продивляються у відбитому світлі на фоні чорного екрана при освітленні електролампою потужністю 60-100 Вт. Деталь вважають придатною, якщо немає наскрізної кільцевої суцільної або переривистої подряпини. Група механічної міцності визначається кількістю обертів, яке витримало покриття: 0 група - покриття допускає чистку батистовою серветкою із застосуванням спирту або спиртово-ефірної суміші і витримує не менш 3000 обертів на приладі СМ-55; 1 група - покриття допускає чистку батистовою серветкою із застосуванням спирту або спиртово-ефірної суміші і витримує не менш 2000 обертів на приладі СМ-55. Приклад. Приготували матеріал для інтерференційних покриттів з високим показником заломлення, як зазначено вище. Параметри світлопоглинального покриття (товщина 1000-1200 нм): відбиття у діапазоні 1-5 мкм.-10-12 % Н (механічна міцність) = 6000 обертів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Застосування заздалегідь обробленого високочистого сульфіду цинку, позбавленого оксигенвмісних домішок як матеріалу для світлопоглинальних покриттів з механічною міцністю 0 групи. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2