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1、頭罩是紅外制導(dǎo)空.空導(dǎo)彈的重要部件,藍(lán)寶石具有的一系列優(yōu)異性能,決定了它是目前作為中波紅外窗口/頭罩的最佳材料。然而,限于目前的材料制備和加工技術(shù)水平,藍(lán)寶石的紅外透過(guò)率明顯低于理論值并且透過(guò)率隨著環(huán)境條件的惡化而降低。另外,藍(lán)寶石的高溫強(qiáng)度大幅度下降,大大限制了其抗熱震性等其它性能的發(fā)揮。因此藍(lán)寶石作為新一代窗口/頭罩材料是有待于改善和提高的。在藍(lán)寶石表面制備紅外增透保護(hù)膜是提高其透過(guò)性能、改善其高溫強(qiáng)度及提高其耐久性的有效方法。由于
2、SiO<,2>膜折射率低(1.41)、可寬波段透過(guò)、吸收小、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能,而被用作藍(lán)寶石的增透保護(hù)膜系。Si<,3>N<,4>膜的折射率稍大(1.99),可與低折射率的SiO<,2>膜合用于紅外增透保護(hù)膜系中。 本論文把SiO<,2>、SiO<,2>/Si<,3>N<,4>用作藍(lán)寶石襯底的紅外增透保護(hù)膜系,采用射頻磁控反應(yīng)濺射法在藍(lán)寶石襯底上設(shè)計(jì)并制備出SiO<,2>單層及SiO<,2>/Si<,3>N<,4>雙層膜系
3、,對(duì)薄膜的制備工藝及性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下: 在藍(lán)寶石襯底上設(shè)計(jì)了SiO<,2>、SiO<,2>/Si<,3>N<,4>、SiO<,2>/Si<,3>N<,4>/SiO<,2>等單層及多層增透保護(hù)膜系。藍(lán)寶石襯底雙面鍍單層及多層膜系,可實(shí)現(xiàn)3~5μm波段的寬波段增透,滿足紅外窗口對(duì)透過(guò)性能的使用要求。 采用磁控反應(yīng)濺射法在藍(lán)寶石襯底上制備了SiO<,2>薄膜和Si<,3>N<,4>薄膜。揭示了主
4、要工藝參數(shù)對(duì)SiO<,2>薄膜的沉積速率、附著性能、內(nèi)應(yīng)力和紅外透過(guò)等性能的影響規(guī)律,優(yōu)化出制備SiO<,2>薄膜的工藝參數(shù)。研究了主要工藝參數(shù)對(duì)Si<,3>N<,4>薄膜中O含量及薄膜紅外光譜的影響規(guī)律,對(duì)Si<,3>N<,4>薄膜的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行分析,從而制備出低O含量、滿足化學(xué)計(jì)量比的Si<,3>N<,4>薄膜。 根據(jù)膜系設(shè)計(jì)的結(jié)果,在藍(lán)寶石襯底上雙面制備出SiO<,2>單層增透膜系和SiO<,2>/Si<,3>N<
5、,4>雙層增透膜系。鍍膜后藍(lán)寶石在3~5μm波段的平均透過(guò)率凈增加大于9.0%,均可滿足使用需求。 進(jìn)行了藍(lán)寶石頭罩鍍膜的試驗(yàn)研究。利用磁控反應(yīng)濺射法成功地在藍(lán)寶石頭罩上鍍制出SiO<,2>增透保護(hù)膜系。單面鍍膜后頭罩在3~5μm波段的平均透過(guò)率凈增加大于4.0%,透過(guò)率的不均勻性小于2.0%,滿足了使用要求。采用旋轉(zhuǎn)臂雨蝕試驗(yàn)裝置對(duì)SiO<,2>/Saphire試樣進(jìn)行了雨蝕試驗(yàn),并對(duì)試樣表面的損傷情況進(jìn)行了光學(xué)顯微觀察、對(duì)試
6、樣的紅外透過(guò)率進(jìn)行了研究。旋轉(zhuǎn)臂雨蝕試驗(yàn)結(jié)果表明,SiIO<,2>膜與藍(lán)寶石襯底結(jié)合牢固,鍍SiO<,2>膜藍(lán)寶石試樣在3~5μm波段的平均透過(guò)率下降量均小于1%,雨蝕測(cè)試后鍍膜藍(lán)寶石的平均透過(guò)率仍明顯高于未鍍膜藍(lán)寶石的平均透過(guò)率,SiO<,2>膜系具有一定的抗雨蝕性。 針對(duì)所制備的SiO<,2>薄膜及SiO<,2>/Si<,3>N<,4>雙層膜系,測(cè)試了不同溫度下鍍膜與未鍍膜藍(lán)寶石的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度。發(fā)現(xiàn)在相同的測(cè)試溫度下,鍍膜藍(lán)
7、寶石的平均抗彎強(qiáng)度要高于未鍍膜藍(lán)寶石的平均抗彎強(qiáng)度。在800℃時(shí),鍍SiO<,2>/Si<,3>N<,4>膜藍(lán)寶石試樣的抗彎強(qiáng)度是未鍍膜藍(lán)寶石試樣的1.4倍:鍍SiO<,2>膜藍(lán)寶石試樣的抗彎強(qiáng)度為未鍍膜藍(lán)寶石試樣的1.5倍。 探討了鍍膜可以改善藍(lán)寶石強(qiáng)度的機(jī)理。分析認(rèn)為,在室溫下鍍膜對(duì)藍(lán)寶石強(qiáng)度的改善主要有兩方面的原因,一是改善了藍(lán)寶石的表面質(zhì)量,二是改變了藍(lán)寶石的表面應(yīng)力狀態(tài)。在高溫下鍍膜除改善了藍(lán)寶石的表面質(zhì)量外,有效地降
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