[发明专利]一种石英玻璃半球谐振子低损耗金属化镀膜方法及产品

说明书

本发明属于惯性导航半球谐振陀螺仪相关技术领域，并公开了一种石英玻璃半球谐振子低损耗金属化镀膜方法，包括：制备物理掩膜，将半球谐振子的整个外球面和内球面上的部分表面进行遮蔽；在半球谐振子的端面、下支撑柱的表面以及部分内球面上，沉积一层过渡金属薄膜；在已沉积的过渡金属薄膜层上再沉积导电层，形成复合金属导电膜层；将半球谐振子端面与下支撑柱表面各自形成的复合金属导电膜层之间，施加多个导电条带连接。本发明还公开了相应的半球谐振子产品。通过本发明，能够在充分满足石英玻璃谐振子电气化功能的前提下，有效降低表面金属化薄膜所占面积，同时减小了因金属化薄膜所引入的阻尼，从而显著提升谐振子的品质因数，改善其性能。

技术领域

本发明属于惯性导航半球谐振陀螺仪相关技术领域，更具体地，涉及一种石英玻璃半球谐振子低损耗金属化镀膜方法及产品。

背景技术

半球谐振陀螺是利用哥式效应，通过半球振子二波幅振型的驻波进动进行旋转角度的测量，因其无机械运动部件，不产生机械损耗，结构简单，具有体积小、功耗低、可靠性高、寿命长等特点。陀螺精度仅与谐振子的加工精度相关，与谐振子尺寸无关，其精度等级可覆盖战术级、惯导级与战略级，在无人驾驶、武器装备、航空航天与空间探测等多种领域具有极其广泛的应用前景，被惯导领域公认为下一代高精度陀螺技术。

半球谐振子是半球谐振陀螺的主要功能部件，通常由内部阻尼较小但不导电的石英玻璃制成，通过在半球振子表面进行金属化镀膜，使其具有导电性。通过设置内外球面或平面电极与半球振子内外球面或半球端面形成电容式电极，该电极用于通过施加交流信号，通过静电力激励半球振子振动，并通过极板间电容测量振子振动时的位移信号，并解算半球振子的工作模态波腹位置，进而计算半球振子在惯性空间中的旋转角度。

品质因数是用来表征振动系统能量损耗特征的物理量，指振动系统的总能量与一个周期内损耗能量的比值。品质因数越高，半球谐振子在工作时能量损耗越少，有助于降低半球谐振陀螺输出误差、降低能耗，提高灵敏度。如果半球谐振子表面金属膜层不均匀会造成半球谐振子周向阻尼不均匀，进而导致半球谐振陀螺产生漂移，降低测量精度。

然而，由于金属膜层的材料阻尼较大，为金属膜层材料的固有属性，很难通过优化镀膜工艺的改进大幅降低金属膜层引入的阻尼而产生的能量损耗。另一方面，现有技术中，通常采用的镀膜技术方案需要在整个内球面与端面及支撑杆表面进行金属化镀膜，大面积的金属层造成半球振子的品质因数的急剧下降，导致其性能降低。

相应地，本领域亟需对其金属化镀膜工艺作出进一步的优化，以便满足现代化石英玻璃半球谐振子的更高品质要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或需求，本发明的目的在于提供一种石英玻璃半球谐振子低损耗金属化镀膜方法及产品，其中通过对整个制备工艺的操作流程重新进行设计，同时围绕一些关键步骤的工艺参数及要求进行针对性改进，相应能够在充分满足石英玻璃谐振子电气化功能的前提下，有效降低石英玻璃半球谐振子表面金属化薄膜所占面积，同时减小了因金属化薄膜所引入的阻尼，从而显著提升谐振子的品质因数，改善其性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种石英玻璃半球谐振子低损耗金属化镀膜方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

步骤一、制备物理掩膜，将石英玻璃半球谐振子的整个外球面和内球面上不需要金属化的部分表面进行遮蔽；

步骤二、在执行上述遮蔽后的石英玻璃半球谐振子的端面、下支撑柱的表面以及需要金属化的部分内球面上，采用磁控溅射工艺沉积一层过渡金属薄膜；

步骤三、继续采用磁控溅射工艺，在已沉积的过渡金属薄膜层上再沉积导电层，由此共同形成复合金属导电膜层，同时实现石英玻璃半球谐振子的电气化功能；

步骤四、将石英玻璃半球谐振子端面所形成的复合金属导电膜层与所述下支撑柱表面所形成的复合金属导电膜层之间，施加多个导电条带连接，并且这些导电条带分布在石英玻璃半球谐振子的内球面上；