[发明专利]一种树脂镜片、有机玻璃镜片表面超硬涂层镀膜方法

说明书

技术领域：

本发明属于离子束材料表面改性领域，涉及树脂和有机玻璃镜片表面制 备非晶碳超硬涂层的镀膜方法，特别涉及能够防止镜片划伤，提高镜片耐磨 损特性，提高镜片使用寿命，阻止紫外光的透过的镜片表面镀膜方法。

背景技术：

树脂镜片具有重量小，易成型的优点，有机玻璃的透光性好，耐腐蚀， 易加工。因此二者基本上已成为各种光学透镜、眼镜及其他工业用品的首选 材料。但作为塑料制品树脂镜片的硬度、耐磨性很差，而有机玻璃质地较脆， 表面硬度不大，耐磨性差，这大大限制了它们的应用和推广。

为了提高树脂和有机玻璃的表面硬度，目前采用的主要方法是涂层技 术，如：采用Al₂O₃、SiO₂等涂层，这些涂层的硬度20-27GPa左右，在许多使用 条件下镜片的主要损伤是划伤和磨损，因此如何提高树脂和有机玻璃镜片的 耐磨损性仍是一个有待解决的问题。

目前，国内外普遍认为采用硬度更高的金刚石薄膜是一种较好的解决方 案。金刚石作为一种优良的光学材料，具有很多光学方面优良特性，并且耐 磨性好，摩擦系数小，有很强的硬度和化学惰性等。金刚石薄膜制备方法分 化学气相沉积和物理气相沉积两类，化学气相沉积方法制备的金刚石的优点 是结晶度、透明度和硬度高，缺点是沉积温度高，不适树脂和有机玻璃等有 机材料。而目前采用传统的磁控溅射、电弧等方法制备的金刚石薄膜一般称 为类金刚石(DLC)涂层，存在的主要问题是SP³键含量低，影响透光率，硬 度和耐磨损性也无法满足需要。因此，降低沉积温度，提高薄膜的SP³键含量， 从而提高薄膜硬度，是在树脂和有机玻璃等有机材料上沉积金刚石薄膜急需 解决的关键技术。

发明内容：

基于上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种树脂和有机 玻璃镜片表面制备非晶四面体碳超硬涂层的镀膜方法，该方法制备的非晶四 面体碳薄膜，透光率高，结合强度高，耐磨损性强，可以从根本上解决镜片 耐磨损性差的问题。

为实现上述性能，本发明采取了以下解决方案：

一种树脂镜片、有机玻璃镜片表面超硬涂层镀膜方法，包括下列基本步 骤：

(1)预处理：采用去离子水浸泡镜片，用超声波清洗，最后用氮气吹干；

(2)辉光放电清洗：将预处理后的镜片放入镀膜机真空室的工装转台上， 向真空室充入氩气，充至真空室气压为4.0×10^-1Pa，给工装转台加到400V的 起辉电压，此时氩气放电形成离子轰击镜片进行清洗，清洗时间为15分钟；

(3)形成非晶碳薄膜：完成辉光放电清洗后启动过滤电弧离子源，离子 源的工作气压为2×10^-2Pa，电弧电流为80A，石墨靶阴极的碳纯度为99.99％； 通过电弧放电由石墨表面气化出碳原子和碳分子，碳原子和碳分子在放电室 中进一步电离形成碳离子，经过磁过滤装置过滤掉中性碳原子和碳分子，过 滤后的碳离子沉积在镜片的表面，使镜片表面形成超硬的非晶四面体碳薄膜。

所述步骤(3)中碳离子沉积是指，偏压采用直流脉冲，电源占宽比为1∶ 1，偏压幅值为120V，转台以3r/min的线速度旋转，保证基体涂层横向均匀， 磁场扫描线圈沿镜片的纵向扫描，扫描的频率为50Hz，镜片表面温度≤80C°， 镀膜厚度为50～200nm。

采用本发明制备的镀膜镜片具有以下有益效果：

1、具有良好的透光性，实验表明，未镀膜镜片透光率为99％，镀膜50nm 镜片透光率为97％，镀膜200nm镜片透光率为96％，说明镀膜对镜片透光率影响 很小；

2、具有良好的耐腐蚀性，盐雾试验48小时，镀膜镜片无任何腐蚀斑点； 说明耐腐蚀特性大大增强，并具有明显抗老化作用，使用寿命大大延长；

3、镀膜镜片的耐磨损性比非镀膜镜片有显著提高；

4、镀膜与树脂、有机玻璃基底间的结合力好，薄膜不易脱落；

5、紫外光实验表明镀膜能有效阻止紫外光透过。

采用本发明方法制备的树脂镜片和有机玻璃镜片表面超硬涂层，硬度可 达85GPa以上，镀膜的SP³键结构含量≥85％，摩擦系数为0.08-0.15，薄膜与 镜片之间的结合力为15-20N，镜片镀膜前后对比实验：