Способ получения оптического покрытия из фторида магния

 

Сущность изобретения: способ получения оптического покрытия из фторида магния включает бомбардировку поверхности потоками ионов и электронов с энергией 1-5 кэВ при плотности токов 0,1-0,5 А/см² в течение 2 мин, вакуумное испарение фторида магния и осаждение его не поверхность детали.

Изобретение относится к способам получения оптических покрытий и может быть использовано в оптическом приборостроении для получения защитных и просветляющих покрытий, работающих в УФ, видимой и ближней ИК-областях спектра.

Известен способ получения интерференционного покрытия из фторида магния (MgF₂), заключающийся в термическом или электроннолучевом испарении MgF₂ с последующим осаждением его на поверхность оптической детали (Физика тонких пленок. Под общей редакцией Г.Хасса и др.М.Мир, 1978, с.34-35, 41-42)- аналог, он же прототип. В этом способе пленки, твердые, стабильные, обладающие хорошей адгезией и высокой плотностью, получают осаждением конденсата на подложки, предварительно нагретые до Т≈300^oC, или путем отжига после нанесения покрытия на "холодные" подложки. При этом минимальное время для ввода подложек в температурный режим и вывода в последующем из него составляет около двух часов.

Недостатком известного способа является необходимость нагрева оптических деталей в технологическом процессе, что значительно увеличивает технологическое время получения интерференционного покрытия, усложняет вакуумное оборудование и приводит к дополнительным затратам энергии.

Цель изобретения сокращение длительности всего цикла технологического процесса получения интерференционного покрытия за счет исключения из него наиболее длительных стадий нагрева и остывания деталей, повышение производительности при снижении энергозатрат и сохранении высоких оптических и эксплуатационных свойств покрытия.

Наиболее актуально исключение воздействия высоких температур при нанесении покрытий на крупногабаритные детали, а также на детали сложной конфигурации, поскольку показатель преломления пленок из фторида магния зависит от температуры подложки, которую необходимо поддерживать с высокой степенью равномерности по всей поверхности детали. Кроме того, для ряда оптических материалов во избежание разрушения детали требуется очень плавный ввод в необходимый температурный режим и вывод из него.

Поставленная цель достигается тем, что перед испарением поверхность детали подвергается бомбардировке в вакууме одновременно потоками ионов и электронов с энергиями E_i,e= 1 5 кэВ при плотностях токов j_i,e 0,1 0,5mA/см² в течение времени t не менее 2 мин.

Положительный эффект, заключающийся в получении прочных, плотных, с высокой адгезией пленок MgF₂ на "холодных" подложках, обязан именно совместному воздействию потоков энергетических частиц ионов и электронов на поверхность подложки, что приводит к резкому изменению процесса зародышеобразования при малом времени воздействия на подложку. Эффективной очистке поверхности подложки от остающихся на ней после механической и химической чистки следов органических растворителей и моющих средств способствует электронная бомбардировка, приводящая к их деструкции. Ионная бомбардировка, завершая процесс удаления этих продуктов и активизируя поверхностный слой подложки за счет создания множества центров зародышеобразования, равномерно распределенных на нем, способствует образованию в дальнейшем плотной мелкозернистой пленки. При этом в энергетическом ионном пучке может присутствовать нейтрализованная компонента, т.е. ускоренные нейтральные частицы.

При уменьшении времени обработки (t<2 мин), а также при энергиях потоков ионов и электронов E_i,e <1кэВ и плотностях токов J_i,e<0,1 mA/см² наблюдаются невоспроизводимые результаты по механической прочности и влагопрочности покрытий. При энергиях и плотностях токов, превышающих указанный интервал /E_i,e>5кэВ,J_i,e>0,5 mA/см²/, а также при временах обработки t>2 мин дополнительного положительного эффекта не наблюдается. В этом случае неоправданное рассеяние мощности на подколпачной арматуре приводит лишь к ее нагреву.

Пример 1. Время обработки поверхностей деталей из стекол марок ТК-14 и ЛФ-7 перед нанесением однослойного просветляющего покрытия из MgF₂ в едином технологическом цикле одновременно потоками ионов и электронов t 2 мин. Энергия пучков E_i,e 1 кэВ. Плотность токов J_i,e 0,1 mA/см².

Полученные покрытия по устойчивости к климатическим и механическим воздействиям соответствуют аналогичным покрытиям, наносимым на подложки, нагреты до T ≈ 300^oC.

Пример 2. Время обработки поверхностей деталей из стекол марок ТК-14 и ЛФ-7 перед нанесением однослойного просветляющего покрытия из MgF₂ в едином технологическом цикле одновременно потоками ионов и электронов t 2 мин. Энергия пучков E_i,e 5 кэВ. Плотность токов J_i,e 0,5 mA/см².

Полученные покрытия по устойчивости к климатическим и механическим воздействиям соответствуют аналогичным покрытиям, наносимым на подложки, нагретые T до ≈ 300^oC.

Пример 3. Время обработки поверхностей деталей из стекол марок ТК-14 и ЛФ-7 перед нанесением однослойного просветляющего покрытия из MgF₂ в едином технологическом цикле одновременно потоками ионов и электронов t 3 мин. Энергия пучков E_i,e= 3 кэВ. Плотность токов J_i,e 0,5 mA/см².

Полученные покрытия по устойчивости к климатическим и механическим воздействиям соответствуют аналогичным покрытиям, наносимым на подложки, нагретые T до ≈ 300^oC.

Таким образом, предлагаемый способ получения оптического покрытия из фторида магния по сравнению с прототипом позволяет сократить длительность всего цикла технологического процесса получения покрытия за счет исключения из него наиболее длительных стадий нагрева и остывания деталей, повысить в 2,5 3 раза производительность, снизить энергозатраты и требования к механической и химической подготовке поверхности подложек перед нанесением покрытий при сохранении высоких оптических и эксплуатационных свойств покрытия.

Формула изобретения

Способ получения оптического покрытия, включающий испарение в вакууме фторида магния и последующее его осаждение на поверхность оптической детали, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия поверхность детали подвергают бомбардировке одновременно потоками ионов и электронов с энергиями 1 5 кэВ при плотностях токов 0,1 0,5 А/см² в течение не менее 2 мин.