不同工艺制备的氟化镁材料对真空镀膜的影响Ξ王武育孙平(北京有色金属研究总院,北京100088)(北京师范大学物理系)摘要:用三种不同工艺制得的氟化镁为镀膜材料,考察了不同材料的结构对镀膜工艺和薄膜光学性能折射率的影响,并就其影响的原因进行了宏观分析,为选择高质量的镀膜材料提供了理论依据。关键词:MgF2真空镀膜〗MgF2是应用最早的、最常用的、性能优良的光学镀膜材料。然而,由于其制备工艺过程不同所造成的材料内部组织结构上的差异,最终对真空镀膜工艺和薄膜光学性能(如折射率n)会产生很大的影响。众所周知,真空镀膜质量的好坏有许多影响因素,其中,镀膜时真空度波动的大小和成膜后膜层折射率与标准值的偏差是衡量真空镀膜质量的两个重要指标。有关材料组织结构对镀膜工艺所产生的影响,尚未见到专门资料进行报道。本研究从MgF2制备入手,测定了不同工艺制得的MgF2在真空镀膜时的真空行为和折射率数据,并从不同MgF2的结构特点分析产生影响的原因。通过探讨,以求用完善的材料制备工艺来优化真空镀膜过程。1材料制备目前,真空镀膜所用的MgF2材料大致有三类,即粉末状、压片状和结晶状MgF2,这三种材料所用原料均为化工合成的水合MgF2(MgF2·xH2O)。工业上,MgF2原料的合成反应[1、2]为:MgCO3+HF→MgF2·xH2O+CO2+H2O将生成物经过洗涤、过滤和干燥,然后通过水蒸汽在150℃左右烘干,即得水合MgF2。该方法可制得含量达9919%的水合MgF2。水合MgF2中的结晶水只有在一定条件下[1]才能逐渐脱掉,其中部分结晶水只可在800～850℃和还原气氛中才能脱除干净。本实验采用天津化学试剂三厂所生产的MgF2(分析纯)为原料,纯度为9919%,杂质含量见表1。表1MgF2杂质含量杂质ClSO4NO3CO3SiO3FePb含量(≤)/%0.0050.010.0050.010.050.010.005111粉末状MgF2制备这种材料是用水合MgF2经过低温脱水(200～350℃)后,制成的粉末(非晶态)直接用来镀膜。这种工艺只是脱去了MgF2中的部分水份,即吸附水和部分结晶水,因此,所得材料仍然含有部分结晶水。制备流程见图1。112片状MgF2制备片状MgF2是水合MgF2在常温下通过压片机冷压粘结成型,经过500～600℃粗真空条件下脱水、脱粘结剂再烧制后的镀膜材料,规格为Φ10mm×5mm,其工艺过程见图2。113晶体MgF2材料制备晶体MgF2材料是将水合MgF2在中、低真空度条件下逐渐升温脱水,然后再在高温(1600℃左右)真空脱气而熔炼成多晶或单晶体(见图3)。单晶体或多晶体再加工成5～10mm颗粒用于镀膜。应当说明的是单晶体制备时晶体控制速度比制多晶时要慢,相对生产周期要长。由于技术保密的需第22卷第1期Vol.22№.1稀有金属CHINESEJOURNALOFRAREMETALS1998年1月January1998Ξ1997年3月31日收稿;王武育,男,36岁,高级工程师。图1粉末制备工艺(x为工艺过程脱去水的摩尔数)图2片状制备工艺图3晶体制备工艺要,各生产厂家所采用的制备过程、工艺条件尚未公开报道,但是,其原则流程是大致相同的。2MgF2对真空镀膜的影响不同工艺制得的MgF2对真空镀膜的影响过程和结果可以用镀膜过程的真空度波动和膜层的折射率参数来表述。211三种不同工艺制得的MgF2镀膜实验设备为DM2450型热阻蒸发式镀膜机,钟罩尺寸:Φ450mm×540mm,极限真空:≤6.5×10-4Pa,抽气时间:真空度达到113×10-3Pa时,t≤50min。北京仪器厂生产。实验结果见表2。从表2看出:(1)1#样品在预溶时产生了喷溅和较大幅度的真空度波动:5×10-3→80×10-3→5×10-3Pa,而且这一过程持续时间比较长(15min),所镀薄膜折射率也有较大偏离(n标准=1.38→1142)。因此,从镀膜周期的拖长以及薄膜质量考虑,1#膜料对镀膜工艺产生了极为不利的影响;(2)2#样品也存在较激烈的真空波动及喷溅现象,同样对镀膜过程有较大的影响;(3)3#、4#样品呈现出了低放气、不喷溅、预熔时间短及薄膜折射率偏离小的优异镀膜特点,且单晶膜料比多晶膜料更具优势。212不同工艺制得的MgF2材料组织结构由于采用了不同的工艺过程(图1～3),原料MgF2的性态也随之发生了较大的变化。就所获材料的组织结构看,其内部结构均不相同(见图4)。从图4看出,粉末材料和压片材料都存在着大量气孔,而且由于它们的后处理工艺过程决定了内部残存一定量的结晶水,气孔和残余结晶水是造成镀膜条件恶化的内部原因...
