[发明专利]在光学材料表面形成高硬度低摩擦光学薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学窗口器件的制备方法，尤其是涉及一种在光学材料表面形成高硬度低摩擦光学薄膜的方法。

背景技术

在人们的日常生活中的许多场合，均用到使用光学窗口的情况，如在超市中广泛使用的台式条形码阅读器中。这种光学窗口器件的一个特点是它要承担每天上万次的货物接触，同时还在条形码阅读器的光学系统中参与成像，除了对窗口器件表面抗损伤、抗冲击的要求之外，还对窗口器件的面形、可见光透过率都有光学级的要求。目前此类光学窗口器件多使用在透可见光的光学材料表面贴蓝宝石片的方法。但是存在的问题是这种光学窗口器件的尺寸通常较大，而大尺寸的蓝宝石片的生产技术只有美国和日本的少数企业掌握，国内尚无厂家能够生产，由此也造成了产品的价格非常昂贵。

为了解决上述问题，人们开始偿试在光学材料表面形成俗称为类金刚石薄膜(Diamond-like Carbon简称DLC)的非晶态高硬度光学薄膜的方法来替代蓝宝石片。但至今尚未有很好的方法使得在光学材料表面形成的这种光学薄膜在具备高硬度、低磨擦系数的同时，能够具有良好的可见光透过率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在光学材料表面形成高硬度低摩擦光学薄膜的方法，能够在光学材料表面形成高硬度、低磨擦系数且具有良好的可见光透过率的光学薄膜。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种在光学材料表面形成高硬度低 摩擦光学薄膜的方法，该光学薄膜采用磁控溅射镀膜的方式形成，在真空度为3.0×10^-4Pa以上，工作温度为60～90℃的条件下，以氧化硅层和碳化硅层构成一个周期，将多层氧化硅层和多层碳化硅层按周期反复交替地蒸着在基体光学材料的表面构成厚度大于4000nm的复合镀层，在碳化硅层的形成过程中渗入氢离子，氧化硅层厚度为10～120nm，碳化硅层厚度为100～1000nm，当复合镀层形成之后，在复合镀层的表面蒸着形成增透层。

所述的增透层由厚度为10～100nm的第一辅助氧化硅层、厚度为10～50nm的第二辅助氧化硅层和设置在第一辅助氧化硅层与第二辅助氧化硅层之间的厚度为10～100nm的氮化硅层构成。

具体方法之一是用磁控溅射镀膜机作为制备设备，用非晶碳和硅分别制成非晶碳靶材和硅靶材，将基体光学材料放置在所述的磁控溅射镀膜机蒸着室中，抽真空并设定工作温度，并设定复合镀层的厚度，在所述的磁控溅射镀膜机蒸着室中的真空度达到要求并加热到设定温度后，再进行以下步骤：①通过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氧气，通过控制硅析出的速度和充入氧气的速度，使所述的氧化硅层按0.4～0.6nm/s的蒸着速率形成；②通过对非晶碳靶材和硅靶材的溅射使非晶碳和硅析出，通过控制非晶碳和硅析出的速度使所述的碳化硅层按0.1～0.2nm/s的蒸着速率形成；③充入氢气60～80秒使氢离子渗入镀层，控制充入氢气的体积小于整个蒸着室体积的5％；④判断总的膜层的厚度是否大于设定的复合镀层的厚度，是则进入步骤⑤，否则重复步骤①～③；⑤通过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氧气，通过控制硅析出的速度和充入氧气的速度，在复合镀层的表面以0.4～0.6nm/s的蒸着速率形成第一辅助氧化硅层；⑥通过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氮气，通过控制硅析出的速度和充入氮气的速度，在复合镀层的表面以0.4～0.6nm/s的蒸着速率形成氮化硅层；⑦过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氧气，通过控制硅析出的速度和充入氧气的速度，在复合镀层的表面以0.4～0.6nm/s的蒸着速率形成第二辅助氧化硅层。