[发明专利]氧化钇稳定氧化铪真空镀膜材料的制法

说明书

技术领域

本发明属于真空镀膜技术领域，具体是一种氧化钇稳定氧化铪真空镀膜材料的制法。

背景技术

要制备高损伤阈值的激光薄膜，在可见和近红外波段，高折射率材料方面则经受了从TiO₂(n＝2.4)、Ta₂O₅(n＝2.1)向ZrO₂(n＝2.1)、HfO₂(n＝2.0)转化的变革。因此当人们设计和制备阈值要求较高的高性能的光学薄膜元件时，常常倾向于采用HfO₂/SiO₂的组合。

在UV波段，目前人们对紫外膜材料的研究主要集中在准分子激光波长351nm(XeF)，308nm(XeCl)，248nm(KrF)，193nm(ArF)和Nd‐YAG激光的三倍频与四倍频(355nm and 266nm)，波长越短，可用的膜材料越少。

HfO₂镀膜材料具有折射率高，吸收系数低，以及良好的热稳定性和机械强度和高的抗激光损伤特性，成为目前优选的激光薄膜镀膜材料。

HfO₂具有高的介电常数K～25，具有宽的带隙5.68ev，在550nm处折射率约为2.0。HfO₂材料有三种晶相，室温下以单斜相存在，高温下以四方相和斜方相存在。在1700℃，单斜相转变为四方相，相变伴随着3.8％体积改变。单斜相在室温下稳定存在，加热到1700℃转变为四方相，在冷却时发生可逆相变。因为单斜和四方晶型转变之间伴随着3.8％体积变化，这会使氧化铪材料发生破坏，所以HfO₂薄膜在镀膜过程中发生相变产生喷溅，使蒸发束流不容易控制，很难保证镀膜过程的稳定性。同时在薄膜中产生大量缺陷，在激光的辐照下该缺陷成为吸收中心，产生热积累，在短时间内温度迅速升高使薄膜损毁。另外氧化铪薄膜的折射率有明显的不均匀性，随着膜厚增加，折射率降低，由于氧化铪的以上缺点，导致制备出的薄膜往往无法达到预期的光学性能和抗激光损伤性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化钇稳定氧化铪的真空镀膜材料，解决传统氧化铪镀膜材料镀膜过程中的不稳定和折射率不均匀性问题，同时提高氧化铪薄膜的损伤阈值。

本发明的目的由以下技术解决方案实现：

一种氧化钇稳定氧化铪的真空镀膜材料的制备方法，包括以下步骤：

①以氧化铪和氧化钇粉料为原料按一定的摩尔比例均匀混合，然后添加聚乙烯醇结合剂使粉料团聚，造粒；

②对颗粒料进行预烧，预烧温度为1260℃；

③然后在真空烧结炉中烧结，真空度为1×10^－2～1×10^－4帕，升温速率为3～8℃/分钟，到达1700～2280℃时保温，保温时间为150分钟以上，然后自然冷却降温至室温。

所述原料的mol％为：氧化铪73～98，氧化钇2～27。

所述的造粒颗粒大小约为1mm，以便于镀膜使用。

本发明的优点在于：

本发明氧化钇稳定氧化铪材料，由于氧化钇的加入，Y³⁺置换Hf点阵中Hf⁴⁺而形成二元固溶体，抑制了结构扭变，抑制了HfO₂相变，使HfO₂高温相(四方相或立方相)直接保留到室温，消除了HfO₂的体积效应，从而保证了氧化钇稳定氧化铪材料使用过程的稳定。这就在很大程度上减少了缺陷产生的几率，提高了氧化铪薄膜的损伤阈值，消除氧化铪薄膜的不稳定和折射率不均匀性问题。

具体实施方法

实施例1：将氧化铪和氧化钇按摩尔比98％：2％混合均匀后，加入聚乙烯醇结合剂，将混合好后的粉料成型，预烧，预烧温度为1260℃，然后真空烧结。真空烧结的真空度为1×10^－4帕，最高烧结温度为1700℃,保温时间为150分钟。冷却降温后得到稳定致密的氧化钇稳定的氧化铪真空镀膜材料。通过XRD分析，形成固溶体，氧化铪以四方晶型存在。用氧化钇稳定的氧化铪真空镀膜材料在BK7玻璃基底上蒸镀单层膜，折射率稳定，真空室电子枪束流稳定。