[发明专利]多晶单片铝酸镁尖晶石

说明书

本发明专利申请是申请号为200810188743.0、申请日为2008年8月27日、发明名称为“多晶单片铝酸镁尖晶石”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及多晶单片(monolithic)铝酸镁尖晶石。更具体地说，本发明涉及多晶单片铝酸镁尖晶石，其具有小晶粒尺寸并可以形成厚的沉积物。

背景技术

现在对生产供用作覆盖可见光至中波长的红外光区域的多光谱光学材料的高质量尖晶石存在着相当大的兴趣。尖晶石具有优于目前用作多光谱光学材料的其他材料性能。这种性能包括高硬度，即1645Kg/mm²(Knoop(努普显微压痕硬度试验仪)、200g载荷)、高的抗弯强度，即27,000psi(每平方英寸磅数)、低的折射率，即在4微米时1.639，并且对雨和砂侵蚀有高的耐性。尖晶石更超过其他竞争材料，比如氮氧化铝(ALON)、蓝宝石、硫化锌、硒锌矿和氟化镁。尖晶石比ALON和蓝宝石在中红外波长范围有更好透过率。尖晶石与具有不均匀性能的六方系蓝宝石比较还是具有均一性能的立方系。与硫化锌、硒锌矿和氟化镁相比，尖晶石具有更好的机械性能，并且对雨水和砂侵蚀具有更持久高耐性的面积。

目前，块(bulk)尖晶石是通过烧结粉末加工技术生产的但是仍在发展阶段。这种烧结加工技术也许在生产具有可接受性能的致密材料中已取得一些进展，但是关于加工产出率和重复性的重要问题仍然未解决。另外，这种块尖晶石显示有大量夹杂物，夹杂物降低了在可见光至中红外波长区域中的透光率并增加了光的吸收和散射。烧结尖晶石的另一个问题是它们具有大的晶粒(150微米以及更大的)并通常具有由小的和大的晶粒簇组成的双峰式颗粒结构。大的颗粒可能来自迅速烧结在一起的粉末团聚体，并捕捉原始粉末以形成多孔结构。由于晶粒的脱落，大的晶粒降低了尖晶石的强度，使得它们难以制造成用于镜面和窗的良好光表面。

烧结加工的尖晶石的另一个问题是难以在尖晶石窗和圆顶中嵌入(embed)导电的金属格子。这种窗和圆顶通常用于各种类型的飞行器中，作为它们的雷达或导航仪器的一部分。尖晶石可以起绝缘体的作用并且用来保护导电金属格子(metallic grid)不受电磁干扰。将一个精密抛光的尖晶石圆顶(dome)或窗(window)连接到在连接表面上带有格子的另一个精密圆顶或窗之上时，在烧结尖晶石中嵌入导电金属格子存在许多挑战。接合面(mating surface)必须被制得非常精密以获得好的表面接触，这样增加了制造成本。由于它们的曲线形状，这在圆顶中是特别困难的。使用的一种方法是在接合面之间涂布薄层玻璃质材料以通过玻璃层促进粘附性。这就要求玻璃具有与圆顶材料相配的接近的折射率。

尖晶石也可用化学气相淀积法制造；然而，化学气相淀积法制备出薄膜即1um或更少的尖晶石，其是不适合用于窗和圆顶的。Mikami，M.，Y.Hokari，K.Egami，H.Tsuya，M.Kanamori的文献(1983).形成硅/MO Al₂O₃/SiO₂/Si及其外延膜的品质(Formation of Si Epi./MO Al₂O₃ Epi./SiO₂/Si and its Epitaxial filmQuality)，1983年东京第15次固体器件和材料会议：31-34页(the 15^th Conferenceon Solid State Devices and Materials)的详细摘要公开了在硅衬底上外延生长MgOAl₂O₃。使用的反应物是Al、MgCl₂、H₂、CO₂和HCl。盐酸用来将铝转换为AlCl₃，然后将其运输到反应区。用氮气作载气。获得的生长率仅为0.08微米/分钟(0.5微米/小时)。沉积物为仅仅0.1微米至0.8微米的膜。作者指出设法在硅上生长厚的沉积层存在的问题是低的生长率和在尖晶石薄膜中形成的裂纹。