金属反射膜的镀制与研究论文 联系客服

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四层。

图4-4 改进后铝镜的反射率曲线

银膜可用化学方法和真空蒸镀方法镀制,用化学还原的方法镀制,工艺比较简单,成本低。在可见光谱区反射率约为90%。而用真空镀银方法得到的银膜,反射率可提高到92%~94%。

银膜结构与沉积速率有关。沉积速率高的银膜结构细密,且不受残余气体作用,故反射率高;沉积速率低的则膜层颗粒粗,吸收及散射增大,反射率降低。作为蒸发膜料的银可采用银粉、银丝或银箔,纯度应高于99.99%。基片的温度最好在50C左右,温度太低,膜层附着力差,稍擦及破;温度太高,膜层则容易变黄,反射率下降。

真空压强对反射率的影响也是很明显的,在超高真空(5×10比在一般高真空(1×10

?3?80Pa)条件下镀得的银膜,

Pa)条件下镀得的银膜,反射率高出0.6%。

4.3 金膜(Au)

金是金属中最富有延展性的一种。金的熔点为1063C,在10

00?2Pa时气化温度为

1045C。其化学性质不活泼,只能溶于王水,硫酸等腐蚀性较强的物质中。1克金可以拉成长达4000米的金丝。金也可以捶成比纸还薄很多的金箔,厚度只有一厘米的五十万分之一,看上去几乎透明。带点绿色或蓝色,而不是金黄色。金很柔软,容易加工,用指甲都可以在它的表面划出痕迹。

金在红外波段内有几乎与银差不多高的反射率。新蒸发的金膜往往是软的,很容易划伤

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或剥落,但是镀后不久的金膜会逐渐变硬,与基板的附着力增加,大约一周后,膜的牢固度趋于稳定。由于金膜的这些特点,所以常用作红外发射镜。

金膜在可见光区的反射率很低,但在红外区的反射率很高,是一种常用的红外反射膜的材料,如CO2激光器的波长为10.6um的反射器就是镀金制成的,金膜直接镀在玻璃基底上不很牢固,最好先镀一层铬或镍作为底层,再镀金,就能显著提高强度。

在波长小于500nm的区域中,因为金膜的强烈吸收而时反射率降低,在长波端逐渐上升,当波长为800nm时达到60%左右,故金膜不用作可见光谱区的反射镜。

金膜的制备条件不像Al、Ag那样严格,蒸发速率通常为3~5nm/s,基板温度以100~150C为宜。金膜对玻璃的附着力较差,为此可用Cr或Ti膜做底层。金膜在空气中很稳定,四个月后反射率下降0.1%,但是金膜很软,所以有时也镀Bi2O3、ThF4等保护膜,以提高强度。

金膜在可见光谱区的反射率不高,只有40%~50%,但当波长大于600nm时,反射率便逐渐上升,在波长达2微米以后,反射率可达99%。与银膜相比,其化学稳定性要比银膜好的多,与酸、碱都不起作用,仅能被王水(三份浓硝酸一份浓盐酸的混合液)或氢化钾所腐蚀。是红外光谱区的一种常用反射膜层,例如作为二氧化碳激光器(波长为10.6微米)的反射膜或红外加热器的反射膜等。

金在高温条件下易与其它金属形成合金,因此,用钼、钽、钨作为蒸发源时,很易损坏。与钼的作用稍慢些,但也必须快速蒸发,在钼舟损坏前,就形成不透明的金膜,蒸镀时真空压强最好低于1×10

?30,基片温度为50~80C。

0金膜与基片的附着能力差,硬度低,容易出划痕或擦除。为提高金膜的牢固度,可预先在玻璃基片上镀一层10nm左右的铬或镍,然后在镀金就牢固得多。或者,可先镀一层四分之一波长的硫化锌,再镀金膜,但牢固度不及前者。另外,刚镀完金膜的零件,需在空气中放臵一周,以提高金膜的牢固度和硬度。

金膜的厚度在120nm~150nm就能得到很高的红外反射率,这时,对可见光还能有1%的透过率。

4.4 铬膜(Cr)

铬是重要的合金元素。铬以金属铬和铬铁形式加入钢与合金中,它呈银白色金属,质极硬,耐腐蚀。金属铬在酸中一般以表面钝化为其特征。一旦去钝化后,即易溶解于几乎所

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有的酸中。在高温下被水蒸气所氧化,在1000℃下被一氧化碳所氧化。在高温下,铬与氮起反应并被碱所侵蚀。可溶于强碱溶液。铬具有很高的耐腐蚀性,在空气中,即便是在赤热的状态下,氧化也很慢。不溶于水。镀在金属上可起保护作用。

铬膜在可见光区的分光特性几乎呈中性。玻璃上的铬膜,哪怕是极薄的半透明膜也非常牢固。故铬膜常用作中性衰减膜,在目标、度盘和光栅中也常用镀铬的方法获得线条,即所谓真空着色法。

铬在可见区的反射率为50~55%。对半透明铬膜来说,一般可见光区短波侧的透射率较低,在700nm的透射率比400nm高大约10%。铬膜的吸收较大,对R/T=1的铬膜,吸收率达40%。

真空度在1×10

?2~2×10

?4Pa范围内变化时,铬膜的光学常数不会有多大差异。淀积

速率由9.5nm/s增加到30nm/s时,吸收几乎保持不变。基板温度增加,由于铬对残余气体的吸附减少,抑制了氧化铬的形成,因而反射率提高,淀积在300C基板上的Cr膜,其反射率比室温淀积的高20%。对Cr膜进行为期5~6个月的时效处理,发现它的光学常数及其稳定。

0

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5 结论

21世纪将是光电子技术的世纪。光电技术是21世纪的尖端科学技术,它将对整个科学技术的发展起着巨大的推动作用。本论文是通过对光学薄膜的了解介绍,进而引出了金属反射膜。并对其几种特殊且常用的金属薄膜进行介绍,对其在特性和镀制上进行研究。

自上世纪七十年代以来,薄膜技术与薄膜材料得到突飞猛进的发展,无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果,并已成为当代真空科学与技术和材料科学中最活跃的研究领域,在高新技术产业中具有举足轻重的作用。薄膜技术、薄膜材料、表面科学相结合推动了薄膜产品全方位的开发与应用。金属膜在传统光学组件中也是不可或缺的角色。利用金属的反射设计出不同的光学组件。

光学薄膜在我们的生活中无处不在,从精密及光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用;比方说,平时戴的眼镜、数码相机、各式家电用品,或者是钞票上的防伪技术,皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础,近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展,这也显示出光学薄膜技术研究发展的 重要性能源、信息和生物技术被称为现代社会的三大支柱,而材料科学有事能源、信息和生物技术的基础。

可见薄膜材料在我们的生活中应用相当的广泛,尤其是金属反射膜材料。可以推断金属反射膜在将来的发展将向前推动我们的工业发展。

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