專利名稱：中等折射率的光學(xué)涂層的制作方法
薄的氧化物涂層廣泛用于工業(yè)，特別是光學(xué)領(lǐng)域中，作為保護涂層或用于光學(xué)功能目的。舉例來說，它們可以作為防止腐蝕和機械損傷的保護層，或者用于涂覆光學(xué)部件和儀器，尤其是透鏡、平面鏡、棱鏡等等的表面。薄的氧化物涂層還可以用于產(chǎn)生高、中和低折射率的光學(xué)涂層，從而增加或降低反射。主要的應(yīng)用領(lǐng)域是在光學(xué)基體，如眼鏡透鏡、用于鏡頭透鏡的部件、雙筒鏡以及用于光學(xué)測量儀器和激光技術(shù)的光學(xué)部件上形成抗反射涂層。其它的領(lǐng)域是產(chǎn)生具有一定折射率和/或一定光學(xué)吸收性能的涂層，例如在干涉鏡、光束分離器、熱過濾器和透熱鏡中。
用于形成這種氧化物涂層的起始物料是已知的。常用的物料為二氧化硅和多種金屬氧化物(如果需要彼此組合在一起)。其選擇主要是通過試驗根據(jù)所追求的光學(xué)性能和操作性能而作出的。這些涂層可以通過已知的真空汽相沉積法而產(chǎn)生的。為了舉例說明，這里可以參照德國專利1228489，該專利描述了可以采用的原料，工藝方法以及在這方面存在的問題。
為了產(chǎn)生中等折射率的涂層，即光學(xué)折射率在約1.6-1.9(在波長500納米下)的涂層，在原則上適用的起始物料的范圍是有限的。合適的起始物料主要是鋁、鎂、釔、鑭、鐠的氧化物，還有氟化鈰和氟化鑭，及其混合物。
但是，這些適用的物料存在多種缺陷，這些缺陷在處理過程中從實用角度來看變得特別明顯。
一方面是這些物質(zhì)具有較高的熔點和沸點，此外，它們還彼此相當接近。從實用角度來看，這些汽相沉積材料在發(fā)生大量蒸發(fā)之前完全熔化是很重要的。只有這樣，才能確保均勻和適度的蒸發(fā)。這是必需的，由此可以在所涂覆的物體上形成厚度均勻的均勻涂層。但是，對于鎂和釔的氧化物來說，在實際使用條件下就不是這樣了，它們在常用的工作條件下僅僅不完全地熔化，或根本不熔化。它們很難蒸發(fā)并會產(chǎn)生厚度不同的涂層。
因此，需要通過合適的添加劑來降低這些物料的熔點。添加劑還可以用來以特殊方式在一定范圍內(nèi)改變并設(shè)定所得到的涂層的折射率。
選擇適用于這些目的的添加劑受到?jīng)]有吸收的要求的限制。因此適用于作為合適添加劑的金屬氧化物是那些在近紅外和在可見光范圍內(nèi)以及近UV波長范圍內(nèi)(約200納米以下)不發(fā)生吸收的那些金屬氧化物。
在真空汽相沉積技術(shù)中采用混合物是不合適的。其原因在于混合物通常不能一致地蒸發(fā)，即它們在蒸發(fā)過程中會改變它們的組成，所沉積的涂層的組成以及它們的折射率相應(yīng)地發(fā)生了改變。其典型的例子是氧化鉭/氧化鋁或氧化鉿/氧化鋁混合物系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的在于找到用于通過真空汽相沉積技術(shù)產(chǎn)生中等折射率的光學(xué)涂層的汽相沉積物料，這些物料沒有已知物料的缺點，尤其是，利用這些物料可以產(chǎn)生在可見光區(qū)域內(nèi)沒有吸收的均勻組成的均勻涂層。
出乎人們意料的是，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有對應(yīng)于通式I的化學(xué)組成的汽相沉積物料特別適用于在光學(xué)基體上通過真空汽相沉積而產(chǎn)生折射率在約1.6-1.9之間的中等折射率光學(xué)涂層，YAlxOz(I)其中x＝0.5-5，并且z＝3/2·(1＋x)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些物料可以很容易地蒸發(fā)并且不會在真空中飛濺而且很容易在真空汽相沉積技術(shù)中在常用的工作條件下產(chǎn)生均勻、沒有吸收、穩(wěn)定的具有所需折射率的涂層。
因此本發(fā)明涉及采用具有對應(yīng)于通式I的化學(xué)組成的汽相沉積物料，從而通過在光學(xué)基體上真空沉積涂層而產(chǎn)生折射率值在約1.6-1.9之間的中等折射率的光學(xué)涂層。
本發(fā)明還涉及產(chǎn)生中等折射率的光學(xué)涂層的方法，其中通過真空汽相沉積用這些汽相沉積物料涂覆光學(xué)基體。
這種新型汽相沉積物料不是兩種氧化物的混合物，而是具有獨特的、化學(xué)計量確定的組成的混合氧化物化合物。氧化釔和氧化鋁以2∶1-1∶5的摩爾比存在于這些化合物中。在所有情況下的氧含量均是按照化學(xué)計量的。
用這些新型物料，在真空蒸發(fā)過程中不會釋放出氧。在真空汽相沉積技術(shù)中，在常用的工作條件下很容易形成沒有吸收的涂層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的涂層的光學(xué)性能基本上不受在真空汽相沉積過程中殘余氧氣壓力的變化的影響。
這些發(fā)現(xiàn)是特別出人意料的并且是無法預(yù)見的。
這些新型汽相沉積物料可以通過以2∶1-1∶5的摩爾比混合氧化釔(Y2O3)和氧化鋁(Al2O3)并且在低于熔點的溫度下、在空氣氣氛中燒結(jié)該混合物而獲得。用于該汽相沉積物料的這種制備方法同樣被本發(fā)明覆蓋。這些燒結(jié)產(chǎn)物可以以堅硬的、灰色至白色的顆粒形式，在約1600-1700℃的溫度下完全熔化并且可以在約10-4毫巴的真空下、在1800-1900℃的溫度下蒸發(fā)。
典型的新型汽相沉積物料具有對應(yīng)于Y4Al2O9(Y2O3∶Al2O3摩爾比＝2∶1)、Y3Al5O12(3∶5)，Y2Al4O9(1∶2)和YAl5O9(1∶5)的化學(xué)組成。
該新型汽相沉積物料可以以已知的方式并且在常用于本領(lǐng)域的真空汽相沉積設(shè)備中、在常規(guī)工藝條件下使用。該真空汽相沉積不僅可以通過熱蒸發(fā)而進行，而且可以通過電子束蒸發(fā)而進行。
該新型物料可以在任何一種合適的基體上產(chǎn)生具有均勻厚度和良好粘接性能的均勻薄涂層，這些涂層特別抗機械和化學(xué)影響。該涂層具有中等折射率，根據(jù)進行測量的波長，該折射率位于約1.6-1.9之間。這些涂層在從近UV(從約200納米)到可見光范圍以及近IR(約7000納米)的波長范圍內(nèi)具有較高的透光性，并且沒有吸收，特別是在可見光波長范圍內(nèi)。
實施例1由42.9％重量的氧化釔(III)和57.1％重量的氧化鋁(III)(摩爾比為1∶3)制備粉末混合物并且將該混合物造粒。選擇該組成從而形成通式為YAl3O6的化合物。
在1645℃的溫度下，在空氣氣氛中將這些顆粒燒結(jié)5小時。所得到的產(chǎn)物具有約1700℃的熔點。實施例2由57.1％重量的氧化釔(III)和42.9％的氧化鋁(III)(摩爾比為3∶5)粉末混合物并且將該混合物造粒。選擇該組成從而形成通式為Y3Al5O12的化合物。
在1645℃的溫度下，在空氣氣氛中將這些顆粒燒結(jié)5小時。所得到的產(chǎn)物具有約1700℃的熔點。實施例3用途將來自例1的顆粒放在銅蒸發(fā)坩堝中并放入可以從市場上買到的帶電子束蒸發(fā)的真空汽相沉積設(shè)備中。
用來沉積-涂覆的基體由石英或玻璃組成。
在1800-1900℃的溫度和2×10-4毫巴的殘余氧氣壓力下，在150℃的基體溫度下，以0.4納米/秒的沉積速度進行涂覆，直到達到360納米的涂層厚度。
該涂層在500納米下具有n＝1.58的折射率。該涂層在可見光范圍內(nèi)以及在不超過約200納米的波長下沒有吸收。
對來自例2的顆粒進行類似的處理，結(jié)果產(chǎn)生在500納米下具有n＝1.62的折射率的涂層。
權(quán)利要求
1.具有對應(yīng)于通式I的化學(xué)組成的汽相沉積物料用于在光學(xué)基體上通過真空汽相沉積而產(chǎn)生折射率在約1.6-1.9之間的中等折射率光學(xué)涂層，YAlxOz(I)其中x＝0.5-5，并且z＝3/2·(1＋x)。
2.在光學(xué)基體上通過真空汽相沉積而產(chǎn)生折射率在約1.6-1.9之間的中等折射率光學(xué)涂層的方法，其特征在于用具有對應(yīng)于權(quán)利要求1所述的通式I的化學(xué)組成的汽相沉積物料來沉積-涂覆該基體。
3.光學(xué)基體，其特征在于它有折射率在約1.6-1.9之間的中等折射率光學(xué)涂層，該涂層是用具有對應(yīng)于權(quán)利要求1所述的通式I的化學(xué)組成的汽相沉積物料進行真空汽相沉積而形成的。
4.用于制備具有對應(yīng)于權(quán)利要求1所述的通式I的化學(xué)組成的真空汽相沉積物料的方法，其特征在于以2∶1-1∶5的摩爾比混合氧化釔(Y2O3)和氧化鋁(Al2O3)并且在低于熔點的溫度下、在空氣氣氛中燒結(jié)該混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及折射率在約1.6-1.9之間的中等折射率光學(xué)涂層，它采用具有對應(yīng)于通式I的化學(xué)組成的汽相沉積物料在光學(xué)基體上通過真空汽相沉積而獲得，YAl
文檔編號C01F17/00GK1157927SQ9610280
公開日1997年8月27日 申請日期1996年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月30日
發(fā)明者R·多姆布羅斯基 申請人:默克專利股份有限公司