[其他]光学塑料镜片镀硬质膜工艺及用途

说明书

光学塑料镜片镀硬质薄膜工艺及用途

本发明属于光学塑料镜片镀膜工艺，采用本工艺能给光学塑料镜片镀保护膜、增透膜、反光膜等。

光学塑料是一种新兴的光学材料，与光学玻璃相比，它具有成本低、易成型、重量轻、不易撞碎等优点，因而在光学领域里有着广阔的应用前景，但由于光学塑料表面强度较低，致使其应用范围受到局限。国外专利（U.S.P.1.161.547.JuL17.1979）采用金属铬做膜料，真空镀铬并使其氧化的工艺。因为铬对光有较强的吸收，采用国外的工艺，虽然能提高镜片的表面强度，但透明度损失太大。国内在1982年第6期《光学技术》发表的“CR-39塑料镜片镀硬膜”的论文，是为了解决光学塑料表面强度和透明度的问题，论文中公布的工艺是用Cr₂O₃和SiO₂做膜料，镜片加温100℃进行真空镀膜。采用这种工艺后，其结果比原来表面强度提高2～3倍，同时还有（5～6）%的增透效果，但正如论文中指出的这种工艺还有不足之处。镀膜时镜片加热到100℃已临近受热变质状态。容易发生变质（呈淡黄色）;用Cr₂O₃和SiO₂做膜料，在短波段有吸收和散射;改用Ta₂O₅和SiO₂做膜料时，增透效果和牢固度都有所提高，但经盐水检验后有脱膜现象。

本发明的目的是在安全温度范围内对光学塑料镜片镀硬膜，除能达到“CR-39塑料镜片镀硬膜”论文中公布的技术指标外，镜片镀膜后在短波段的吸收可以小到忽略不计，经盐水检验后不再发生脱膜现象。

防止塑料镜片受热变质的安全温度一般地在70℃以下，本发明的特征是在镀膜前将塑料镜片放在（5～15）%的溶液中清洁处理，处理后镜片的光谱特性不发生变化，而在镀膜时膜料分子能与镜片表层密切地亲合，在较低的温度下形成坚硬的膜层。

镀膜时高折射率膜料用TiO₂、ZrO₂混合物（在市场上可购到）或Cr₂O₃，低折射率膜料用SiO₂。

本发明设计的塑料镜片镀硬质增透膜的膜系如图1所示。紧贴镜片的内层膜为TiO₂、ZrO₂混合物或Cr₂O₃，外层膜为SiO₂、层厚为非λ/4膜系结构，内层膜的层厚小于λ/4。内层膜以TiO₂、ZrO₂混合物为佳，因为TiO₂、ZrO₂混合物蒸发温度稍低，蒸发时的热辐射不会引起塑料镜片升温太高，SiO₂膜镀在TiO₂、ZrO₂混合物上时，在SiO₂成膜期间，SiO₂的分子能够侵入TiO₂、ZrO₂混合物膜的表层，在TiO₂、ZrO₂混合物膜与SiO₂膜之间形成固溶体结构，因此牢固性十分好。另外，TiO₂分子较活跃，利用充氧技术易于氧化，可形成无吸收的膜层。

本发明工艺所用的真空镀膜机须具有电子束加热蒸发设备、针阀充氧和光电极值法膜厚控制仪。膜料均用电子束加热蒸发。TiO₂、ZrO₂混合物和Cr₂O₃在真空室里被电子束加热期间有部分的还原现象发生，若不采取措施及时地再氧化，得到的膜层内将含有部分的低价氧化物，低价氧化物在可见光的短波段吸收较大。为了将还原的氧化物再氧化，在镀膜期间必须不断地往真空室内充入氧气，保持真空室的真空度在1×10^-4乇左右，这一点在国内已有的技术中没有提及，本发明工艺中采用了充氧技术，镀制出的膜层在可见光短波段的吸收可以小到忽略不计。

膜层厚度的控制若用透射光电极值法控制厚度时，内层膜的厚度控制到透光率降低（4～6）%时停镀。外层膜的厚度控制到透光率升为极大值时为止。

控制层的波长λ，取5000～5100。

按照本工艺镀制出的膜层浸泡在5%浓度的食盐溶液中8小时未见膜层脱落。

应用真空镀膜的工艺技术给光学塑料镜片表面镀硬膜，能提高镜片的表面牢固度，因而扩大了光学塑料的应用范围。