[发明专利]一种基于金属铪沉积二氧化铪薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种基于金属铪沉积二氧化铪薄膜的方法，采用高纯金属铪作为起蒸材料，通过反应蒸发获取二氧化铪薄膜；将氧气通入RF离子源，用离子源提高氧气的氧化能力，获得了低吸收的二氧化铪膜层；在金属铪与坩埚间用二氧化铪进行绝热，降低了蒸发铪时自坩埚效应引起的微喷溅，获得了低缺陷密度的高激光损伤阈值薄膜。本发明方法可显著地提高二氧化铪减反射膜层耐受千瓦级激光的能力，可用于光纤激光器激光加工机透镜和光窗的减反射膜镀制，也可用于其他YAG、钕玻璃激光器减反射膜的沉积。

技术领域

本发明属于光学薄膜镀制工艺技术领域，涉及一种基于金属铪沉积二氧化铪薄膜的方法，基于近红外的高激光损伤阈值薄膜沉积的关键技术，形成一种沉积低吸收、低缺陷密度的二氧化铪薄膜的沉积方法。

背景技术

在现代化的工业生产中,激光加工技术越来越普遍越来越重要,其高效性精确性以及适应多种不同加工材质的特性使得传统加工手段无法与之比拟。激光切割是利用高能量密度的激光束照射工件，使照射处温度急剧上升，材料气化后蒸汽快速排出或熔化后在辅助气体的作用下排出液态材料和熔渣，形成切缝。激光切割可用于加工钢材、铝合金、钛合金等金属材料，也可用于加工玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料。激光切割是无接触加工，工件无机械变形；激光束对非激光照射部位没有影响或影响极小。，激光焊接属于非接触式焊接，偶尔需要填料金属，根据材质不同需使用对应的保护气体防止熔池氧化。激光焊接速度快，灵活程度高，几乎没有焊接变形，不需要焊后热处理。激光熔覆是将粉末状熔覆材料(有时也用线材或板材)以预置或同步方式放置于基体的表面，在高能激光束的作用下，熔覆材料和基体的表面薄层熔化并快速凝固从而形成表面改性涂层，该涂层根据需求不同可具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、耐氧化等特点。3D打印，以高功率激光为能量源，以合金粉末或丝材为原料，依据三维模型数据分层制造，逐层累加，将CAD数字模型制造成三维实体零件。按成形原理主要分成激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)和激光金属直接成形(Laser Metal Direct Forming，LMDF)。激光增材制造技术是一种典型的快速成形工艺,因其独特的“逐层制造”加工方式,极适合制造复杂结构零件,也能实现损伤零件的快速修复。镍基高温合金因其良好的高温机械性能及抗腐蚀性能，在航空航天、航海、核工业及石油化工等众多领域具有广泛应用。

许多激光加工设备的核心部件就是千瓦级激光器和相应的激光光学系统，需要承受5-10KW的高功率激光，其中的光学薄膜是最薄弱的一环，要求能长时间工作不损伤，并且对激光的吸收小、热变形小，保证激光的光束质量，在长时间工作时激光的漂移小。

常规的基于氧化铪激光膜的沉积方法，起始材料主要有两种，第一种是采用氧化铪为起始材料，其优点是在反应蒸发的过程中，补充的氧气量较少，膜层容易达到化学计量比，缺点是氧化铪的喷溅难以控制，无论如何深度预熔和降低蒸发速率，膜层的缺陷密度始终较高，膜层在长时间工作时可能因缺陷损伤。第二种方式为采用金属铪为起始材料，反应蒸发，在成膜过程中氧化为二氧化铪，反应蒸发的氧需求量比氧化铪直接成膜大得多，成膜后化学计量比稳定性不够，可能存在弱吸收，在高功率激光下工作时膜层温升使激光发布发生漂移，影响加工精度。

在常规的激光膜成膜工艺中，不采用离子源，在金属铪蒸发工艺中材料氧化困难，易形成弱吸收；若采用离子源，在轰击时灯丝或栅网总有微量的发射，会随着辅助气体混入到膜层中，形成吸收点，两种方法都有一定的缺陷。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：针对现有基于氧化铪激光薄膜沉积技术的不足之处，在现有低温泵+干式泵无油真空系统镀膜机的硬件基础上，针对金属铪的电子束蒸发工艺的两个关键点，一是反应蒸发达到化学计量比，二是膜层中缺陷的控制，提出一种新的激光薄膜沉积方法，可以显著降低膜层的缺陷密度和弱吸收，提高了薄膜的激光损伤阈值，在高功率激光下有很低的温漂。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于金属铪沉积二氧化铪薄膜的方法，其包括如下步骤：