[发明专利]获取ZnSe/ZnS光学基元的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学材料工艺领域，是一种获取多晶体光学材料的方法。

背景技术

硫-锌系多晶体材料的制备方法很多，包括：真空热压，高温烧结，气相沉积。(参阅伽马里B.K.，普京科夫B.M.，《A^IIB^VI族化合物的获取、性能及应用》，哈利科夫市，单晶体研究所，2002，244页；梅德韦杰夫C.A.，科列克夫Ю.B.，巴格尔耶夫B.C.，布洛尼科夫A.Φ.，《高纯度II-VI族多晶体电子技术的化学当量成分》，2000，NO.6(31)，16～20；E.M.加夫里舒克《红外光学的多晶体硒化锌》，无机材料，2003，第19卷1031～1049)

1981年7月7日出版的苏联专利№844609中所索引MIIKC4B35/00及CO9K11/10，申请了获取用于光学陶瓷的硫族锌和镉的多晶块体的获取方法，其内容是：蒸汽通过多孔石墨、碳石墨或者氧化硅编织物，用物理沉积法沉积到加热衬底上，蒸汽的沉积速率为0.005～0.15mol/cm²h，沉积硒化锌时的衬底加热温度为600～900℃。采用上述方法获得的多晶体材料，晶粒尺寸为50～100μm，样品在5mm厚时(λ＝10μm)，其光谱透过率为65～70％，。

多晶硒化锌的表面硬度不高(约100kg/mm²)，在作为光学窗口使用时，表面极易受到损伤，特别是在雨滴和灰尘的冲刷下，将导致可见光及光谱范围内透过性能的降低，从而限制了其在光学窗口材料领域的使用。

1994年9月15日俄罗斯联邦发布了一则关于制备多晶硒化锌块体材料的专利，专利号.№2019586，专利索引MIIKC30B23/00，29/48，具体方法是：将5kg硒化锌装入石墨容器中进行提纯。容器密封后放入炉体内，抽真空至10^-4mmHg，加热至1030℃。升华过程结束后停止加热，容器逐渐冷却至室温。得到的硒化锌块体研磨和抛光后，该材料在波长10.6μm时具有70-71％的透过率。该专利发明人声称，使用上述方法能获得高品质多晶块体材料，光谱透过率高，光学性能重复性好。

由于制备的硒化锌多晶体表面硬度低，作为光学窗口时易导致材料表面产生损伤。所以一般用硫化锌材料作为替代，这样可弥补硒化锌表面硬度低的不足。

高抗腐蚀性硫化锌多晶体的获取方法参阅俄联邦专利号NO.2077617，目录索引号MNK C30B23/00，23/02，29/46，出版于1997年4月20日，该方法通过在硫化锌中添加镓来完成。将镓(或其化合物)添加至硫化锌粉体中，重量百分比为2～10％。硫化锌升华或提纯过程中，镓与硫化锌快速结合，沉积在衬底形成ZnS.Ga。该硫化锌化合物的晶格中由于加入了镓原子，进而提高了材料的硬度(抗腐蚀性)。

获取金属镓锌硫化物多晶块体有以下几种方式：将加入镓添加剂(重量比2％)的硫化锌粉末混合后放置于特殊的热解石墨容器中，直径80mm，加盖、衬底置于高温真空炉室中。真空室真空抽至10-2mmHg，容器(蒸发器)底部加热至温度1000℃，容器顶部(衬底)温度900℃。整个过程40h内在真空环境中完成。在容器的顶部，有用于沉淀的衬底，金属镓锌硫化物多晶块体厚度可达30mm。多晶块体实际密度与理论密度相近。经测量，该材料的显微硬度为400kg/mm²。

硫化锌的缺点是环境温度升高后，材料内部晶体因光子吸收，使得其在波长大于10.5μm时，ZnS窗口的光谱透过性能降低30％。

改变原有窗口结构可以弥补ZnSe和ZnS材料各自的不足。即以ZnSe为基底，且达到一定厚度时能够耐受气动力载荷的冲击；表面覆盖ZnS材料层，使其具有高硬度，耐雨滴和灰尘侵害的特性。最终获得的ZnSe材料在半透明和拥有足够强度硬度的ZnS薄层的保护下，在多光谱范围内不会降低复合材料的透光性能。