CAB玻璃基底不同方法制备的SiO2膜层性能研究

　　铝酸钙红外玻璃（简称CAB 玻璃）[1]，是一种优良的透红外光学玻璃，具有类似于蓝宝石的红外透过性能，涵盖可见光区和1~3 μm，3~5 μm两个红外大气窗口，长波截止在6 μm左右，能够进行多光谱大通量传输，且耐温度急变性能好，机械性能和表面强度高，是制造红外透过窗口的理想材料，常用作透红外的窗口或头罩材料，由于CAB 玻璃的化学稳定性较差，并且考虑到其应用环境，故需要在CAB 玻璃表面加镀一层硬质防护膜。

　　SiO2 薄膜具有良好的耐磨性、较强的化学稳定性、高透光性、较高的抗激光损伤能力以及机械性能极为牢固等优点[2,3]，广泛用于制备减反射膜、滤光片以及与其它一些折射率较高的薄膜材料相匹配用于制备高反射膜[4,5]。结合SiO2 薄膜的优点，考虑在CAB 玻璃上加镀一层SiO2 薄膜作为硬质防护膜层。SiO2 膜制备方法很多，根据CAB 玻璃的物化特性，主要考虑物理气相沉积方法，试验了离子束溅射(IBS)、磁控溅射(MS)和电子束+ 离子束辅助沉积(IAD)等三种方法。

1、SiO2 膜制备

　　基片为尺寸Φ30×3 mm 的CAB 玻璃，镀前采用酒精、乙醚混合液仔细擦拭干净，并用干燥氮气吹干。为保证制备样品性能一致性，将一次制备三个样品，分别进行后续测试。具体的制备参数见表1。其中，IBS 法和MS 法膜层沉积速率由试验进行标定，然后通过时间控制膜层的厚度；IAD 法则通过石英晶振仪来控制沉积速率和膜层厚度。

表1 SiO2 薄膜三种不同制备方法具体工艺参数

3、结论

　　由前面的测试分析结果可知：三种制备方法制备的SiO2 薄膜均具有良好的性能，相对来讲，IBS 法和MS 法性能更为接近，略优于IAD 法。考虑到制备成本，最终选用MS 法做为CAB 玻璃SiO2 防护膜的制备方法。

参考文献

　　[1] 刘永华,祖成奎,赵慧峰,等.铝酸钙玻璃组成与透红外性能的研究[C].中国硅酸盐学会2003 年学术年会论文摘要集,2003.
　　[2] 赵妙, 周代兵, 谭满清, 等. 双源电子束蒸发制备Si/SiO2 光学薄膜的工艺[J]. 半导体学报,2006,35(9):1586- 1589.
　　[3] 李大伟,陶春先,李笑,等. 1064 nm 与532 nm 激光对电子束蒸发制备的HfO2/SiO2高反膜损伤比较[J]. 强激光与粒子束,2008,26(9): 1457- 1460.
　　[4] 朱从善,汤家苗. 二氧化硅增透膜的制备方法[P]. 中国专利,97106405. 9.
　　[5] 汤家苗,朱从善. 溶胶—凝胶法制备高强度二氧化硅增透膜的研究[J]. 光学学报,1998,20(2): 242- 246.
　　[6] 张泰华. 微/ 纳米力学测试技术及其应用[M]. 北京:机械工业出版社,2004,71.
　　[7] Bhushan B.Handbook of Micro/Nanotribology.2nd,BocaRaton:CRC Press,1999,100.
　　[8] 蔡,石玉龙,周建.现代薄膜材料与技术[M].上海:华东理工大学出版社,2007,42.
　　[9] 田民波.薄膜技术与薄膜材料[M].北京:清华大学出版社,2006,442.

　　【作者】 金扬利； 赵华； 祖成奎； 韩滨；

　　【Author】 JIN Yang-li,ZHAO Hua,ZU Cheng-kui,HAN Bin(China Building Materials Academy,Beijing 100024,China)

　　【机构】 中国建筑材料科学研究总院；

　　【摘要】 采用IAD、IBS、MS等三种方法在CAB玻璃上制备了SiO2膜层,通过纳米压痕和划痕仪测量了膜层的纳米硬度和摩擦系数;利用傅里叶转换红外光谱仪对薄膜光谱性能进行了测量;利用SEM,观测膜层表面和断面形貌。结果表明:不同方法制备的SiO2膜层,聚集密度、硬度和摩擦系数不相同,其中,IBS法制备膜层硬度最高,MS法所制备膜层,硬度略低,而IAD法制备的膜层硬度最低;摩擦系数上,IBS法和IAD法相当,较MS法制备的膜层摩擦系数要高。从成膜基理上,对上述结论给出了理论分析。根据试验结果,选用MS法作为CAB玻璃保护膜的制备方法。

　　【Abstract】 SiO2 films were deposited on CAB glass by three different methods,ie.,IAD,IBS and MS,with their nanohardnesses and friction coefficients measured by nano-scratcher/indenter.The transmittances of the film were indicatedby the FT-IR 1000 spectrometer and its surface and fracture morphology were observed by SEM.The results showed that the packing density,nanohardness and friction coefficient of the films prepared differently are different from each other,among which the nanohardness of the films prepared by IBS,MS and IAD are ranked the 1st,2nd and 3rd,respectively.With respect to the friction coefficient,it is shown that MS<IAD=IBS.Based on the theoretical analysis andtest results of the different ways to deposit the SiO2 film on CAB glass,a conclusion is drawn that MS(magnetron sputtering) is regarded as the best.

　　【关键词】 SiO2膜； 纳米硬度； 摩擦系数； SEM；

　　【Key words】 SiO2 films； nanohardness； friction coefficient； SEM；