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高的纯度和较为致密的结构。膜的蒸发速率高于4.5nm/s反射率稍稍降低,达到最高速率7.5nm/s时的反射率降至84.1%,这可能是为了要到达高于4.5nm/s的蒸发速率所需的蒸发源温度较高,致使MgF2开始分解,在4.5nm/s以前反射率随着蒸发速率的增加而增加,并不局限于121.6nm波长,图4-2表示蒸发在温度40C的基片上,MgF2蒸发速率为0.8nm/s和4.5nm/s的Al+ MgF2膜在100nm~200nm波长区域内的反射率。以4.5nm/s的蒸发速率得到的反射率比以0.8nm/s的蒸发速率得到的反射率在115nm到200nm之间所有波长都有显著的提高。

0图4-1覆盖有25nmMgF2的铝膜,其MgF2的 蒸发速率为每秒12.3nm时对发射率的影响

图4-2 覆盖有325nmMgF2的铝膜,其MgF2的蒸 发速率为每秒0.8nm/s和4.5nm/s时的反射率

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4.1.3镀制铝膜常见问题

当基片温度从40C增加到100C时,有氟化镁保护的铝镜在真空紫外区的反射率没有明显著的变化。但当基片温度进一步增加至150C时。氟化镁的速率为4.5nnm/s的铝膜在121.6nm的反射率比同时蒸发子40C基片上的铝镜的反射率降低约3%左右。这是由于蒸发在150C的基片上的氟化镁晶体粒变大,并且铝膜表面变得粗糙所造成的。

不管氟化镁的蒸发条件,也无论是镀完后存放在干燥器中或大气中长达5个个月,铝镜的紫外反射率没有显示任何显著的降低。这说明用氟化镁保护的铝镜非常牢固,并且暴露于大气中甚至用紫外线或电子束照射一般也不受影响。

镀制铝反射镜时,常见的疵病有反射率低、膜层发霉、牢固度差及针孔等。 反射率低的主要因为铝层太薄,铝膜厚度最好在150nm左右,此时,通过铝层能观察到60瓦白炽灯的微弱灯丝像。膜层过厚会使表面粗糙,散射增大。此外,保护膜厚度过厚,真空系统反油或真空度低,也会使反射率下降。

表面发霉主要是由于基片温度过高,膜层颗粒粗糙,或沉积角较大,膜层结构疏松;或真空度低,气体分子的平均自由程短,在基片表面形成灰色的粉料状;或局部表面残留有碳酸钙的粉末等原因引起。

膜层不牢或不坚硬,纱布轻轻擦拭膜层就脱落或有擦痕。这是由于介质保护膜较薄或根本未镀上,射光观察是看不到干涉颜色;或是真空系统反油或真空度较低的歌原因引起。

针孔是指膜层在透射光照射下的微小透光孔,其主要原因是表面吸附的灰尘在镀铝后脱落所致,另外,由于膜层内存在内应力,次内应力使膜层收缩或拉伸,于是形成针孔,故常随着基片存放时间的延长而针孔会增加。减少针孔的措施是清洗零件时,尽量缩短清洁处理后到进入真空室的时间,并且最后一道用纱布擦拭时要轻、慢,以减少因摩擦而引起的静电。另外打开高真空阀门时应缓慢,勿使真空室的灰尘因气流突变而飞扬;对基片应微微加热至50C~70C,以减少基片表面和气体分子温度过大而产生的应力。

00000004.2 银膜(Ag)

银膜在可见光区具有很高的反射率,平均94~96%,但在紫外区反射率几局下降,另外,银膜在大气中很容易变质,因此需加保护层或保护玻璃。

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4.2.1银膜的特性

银是一种纯白色的金属,它具有很好的延展性,其导电性和传热性在所有的金属中都是最高的。银不会之间与氧气直接化合,化学性质十分稳定,在稀盐酸或稀硫酸中,不会被腐蚀。但是,热得浓硫酸、浓盐酸能溶解银。至于硝酸,更能溶解银。在一些容易腐蚀的金属表面镀上一层银,可以延长使用寿命。

人们在很早以前就知道用银来做成镜子。但是,蒸发的银膜暴露在大气环境中,由于硫化物的影响而变黑,失去原有的光泽,因此不能长期使用,仅仅是利用银膜刚镀完后,具有高的反射率以及银极易蒸发的特点而作为短期使用的另件之膜料。银膜常用于那些需要暂短银膜的另件。

银膜在可见区及红外区波段内,具有高于一切已知材料的反射率。在可见区和红外区,反射率分别可达95%和99%。但是银膜的附着力差,机械强度和化学稳定性也不好,故主要用作短期使用的零件或胶合保护的场合。银膜在紫外区的反射率很低,在波长400nm开始下降,到320nm附近降低到4%左右。

银的熔点为961C,在10

0?3Pa时气化温度为11050C,用钼舟或钽舟蒸发。

当银膜暴露于空气中时反射率会逐渐降低,主要原因是因为其表面形成的氧化银(Ag3O、AgO、Ag2O3)和硫化银,为此需在银膜上镀保护膜。Ag2O3与银有很高的附着力,而SiO2具有极强的保护性能,所以使用时通常采用G/ Al2O3-Ag- Al2O3- SiO2/A膜系,其中Al2O3膜的厚度为20~40nm,SiO2膜补足到设计波长的二分之一。

4.2.2银膜的制备及常见问题

最佳银膜的制备条件与铝差不多,即高真空、快速蒸发和低的基板温度。 由于对反射率非常高的低偏振反射镜提出了新的要求,促使人们对银膜产生了新的兴趣,进一步研究改善银膜与基片的附着力和保护银表面的新途径。银膜在可见区和红外区都有很高的反射率,在可见光反射率为93%~98%,而在760nm以后反射率达99%以上。400nm以下反射率明显下降,在320nm处,反射率仅5%左右。此外,银膜子倾斜使用时引入的偏振效应很小。但是,银膜的附着力较差,机械强度和化学稳定性都不好。在空气中的硫化物的作用下,银膜会很快发黄变暗,失去光泽。

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因此,膜层一般都镀在膜层的后表面作为后反射膜,然后涂保护膜保护。要用作前反射膜时则需镀透明保护膜。实验证明在银膜表面蒸发Al2O3+SiO2和在基片上先蒸发一层Al2O3作为衬底层可以提高银的附着力和保护银反射镜。底层Al2O3用作银膜和基片之间的粘结层,增强了银膜和基片(玻璃或塑料或金属)之间的附着力。银膜表面的薄的Al2O3膜与银粘附得很好,但是对于湿气损害并没有提供足够的保护,而氧化硅是抗湿气侵蚀的,但却与银膜粘附得不好。因此可以使用一种组合的氧化铝及氧化硅镀层以保护前表面银镜。实验发现,最佳膜厚对Al2O3膜约为30nm,对SiO2膜在100~200nm之间,此时可获得很好地附着力并保护银表面,而且由于红外吸收所造成的反射率损失为最小。从450nm到远红外,即使暴露在苛刻的硫化物和潮湿环境中,用这种方法镀制的银镜能保持垂直入射的反射率达95%以上。图4-3表示在0.36~20微米波长范围内所镀的银镜和30nm Al2O3+150nm SiO2的保护膜覆盖的银镜两者的正入射反射率。从图上可以看到,有保护层的银镜表面其反射率在0.45微米~20微米范围内任然在95%以上。在3微米处的吸收带是有整个薄膜中水的吸收所引起的,而在9.6微米处的吸收带却是由于150nm SiO2层的本征吸收所引起的。

图4-3新镀的银镜和Ag?30nmAlnmSiO2O3?1502反射镜测定的反射率

若继续蒸镀第二对这样的介质膜,甚至可使反射率进一步增加到接近99%图4-4不足之处是,反射率得到增加的区域是有限的。在这个区域之外,反射率比纯金属膜还低。图中表示加镀介质层后的铝镜的反射率,它增进了几乎整个可见光的特性。然而,反射率得到增加的区域任然是有限的,在这个区域之外,反射率反而下降,一般这种附加的介质膜层不超过

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