CN100532629C - 预熔钛酸镧晶质蒸镀材料制备方法 - Google Patents

Abstract

一种制备预熔钛酸镧蒸镀材料的制备方法，首先配置钛酸镧混合氧化物粉体，按重量百分比由La₂O₃：8-70%和TiO₂：30-92%组成，将该混合氧化物粉体置于真空炉冷坩锅中，在高真空(≤1×10^-2Pa)下，利用高频源加热到1800℃-2500℃，形成钛酸镧熔融体，对该钛酸镧熔融体通过缓慢沉降冷却，形成预熔钛酸镧晶质蒸镀材料，对制备过程中水汽和残留气体采用冷阱捕集器捕集，深冷温度(≤-100℃)，本发明用高真空高频冷坩埚缓慢沉降长晶法制备预熔融的混合氧化物，作为蒸镀高级光学薄膜用的高纯高致密度起始材料。

Description

预熔钛酸镧晶质蒸镀材料制备方法

技术领域

本发明属于蒸发镀膜材料制备技术和科学领域，特别涉及一种制备预熔钛酸镧晶质蒸镀材料的方法。

背景技术

光学镀层应用领域的日益快速发展以及随之提出更高性能的需求，促使蒸镀材料及其薄膜必须保持同步发展。例如在新兴的光电子产业中，数码显示屏、成像及投影系统、通讯用精密滤光镜等产品，越来越趋于高亮度、高清晰度、超大面积和超精细结构方向发展，要求光学薄膜有稳定的折射率、高透光性、高致密度和高纯度等等。除了严格控制镀膜工艺外，蒸镀起始材料及其制备技术成为一个十分关键的问题，例如要求蒸镀材料在蒸镀过程中不会有颗粒飞溅，不会逸出气体，并能稳定使用重复性好。为此，高纯度、高致密度、特定折射率的均质材料被不断开发应用，特别那些混合氧化物蒸镀材料受到极大重视，如La₂O₃-TiO₂系、La₂O₃-Al₂O₃系、Al₂O₃-ZrO₂系等等，根据折射率大小的预定要求，可以方便地通过设计混合物的配比来达到，采用一定的工艺技术，制成高堆积密度、高稳定性的蒸镀材料，实现稳定成膜的目的。那些混合氧化物大多属于耐熔材料，采用常规的陶瓷烧结工艺难以达到均质致密要求，往往采用热压或热等静压烧结、中频感应烧结、微波烧结或高温高真空烧结等等。用这些技术制备的蒸镀材料在使用中，必须在开始蒸镀之前在真空镀膜室内让其充分熔融，以防止微小颗粒的飞溅以及消除材料内所含有的残留气体，这无疑增加了镀膜周期，增加生产成本。因此，最理想的蒸镀材料应当是预先熔融的材料，所以有人采用陶瓷烧结后再在大功率电子束炉中加热成预熔体的方法。

钛酸镧是稀土氧化镧和氧化钛的混合氧化物。早在五十多年前，用这种材料制作了低温度系数电容器，其后人们对其相图作了很多研究，有可能是高温压电器件和电光器件的候选材料。近几年，德国墨克公司和美国Phelly材料公司等，将La₂O₃-TiO₂用于蒸镀材料。墨克公司采用高温(1500℃-1600℃)高真空10^-4mbar)历经5.5-6.5小时烧结成黑色钛酸镧块体作为蒸镀材料，但不是一种预熔的结晶钛酸镧。

发明内容

本发明提供的是一种预熔钛酸镧晶质蒸镀材料制备方法，用一种高真空高频冷坩埚缓慢沉降长晶法制备预熔融的混合氧化物，作为蒸镀高级光学薄膜用的高纯高致密度起始材料。

本发明的技术方案是这样实现的：一种预熔钛酸镧蒸镀材料制备方法，依次包括以下步骤：

(1)配置钛酸镧混合氧化物粉体，按重量百分比由La₂O₃：8-70％和TiO₂：30-92％组成；

(2)将该混合氧化物粉体置于真空炉冷坩锅中，真空压力≤1X10^-2Pa，利用高频源加热到1800℃-2500℃，形成钛酸镧熔融体，该冷坩锅直接采用该钛酸镧混合氧化物粉体作为坩锅材料，即在真空室内用高频电源使该钛酸镧混合氧化物粉体内部熔化，并通过外部水冷装置使该钛酸镧混合氧化物粉体表层未被熔化，从而形成该真空炉冷坩锅；

(3)对该钛酸镧熔融体通过缓慢沉降冷却，形成预熔钛酸镧晶质蒸镀材料。

作为本发明的进一步改进，该高频源频率为1MHZ—5MHZ。

作为本发明的进一步改进，该沉降冷却速度为5-10mm/hr。

作为本发明的进一步改进，制备过程中对水汽和残留气体采用冷阱捕集器捕集，深冷温度≤-100℃。

本发明的有益技术效果是：本发明制备的预熔钛酸镧晶质蒸镀材料，在真空镀膜室坩锅中预先不需要长时间熔融，不发生飞溅，不会逸出气体，因而可以制备均质的高折射率薄膜，重复性好；另外由于不需要长时间预熔，与其它非预熔融蒸镀材料比较，大大缩短预熔时间，因而缩短生产(镀膜)周期，节约生长成本。

附图说明

图1为本发明的制备方法流程图。

具体实施方式

将配制好的La₂O₃：8-70％和TiO₂：30-92％混合氧化物粉体放入真空炉(内含有冷坩锅)，在≤1*10^-2Pa真空下通过高频源将该混合氧化物粉体加热到1800℃-2500℃，在真空炉冷坩埚中熔融并辅以≤-100℃的深低温冷阱捕集器，捕集该粉体中的水气及其他残留气体，同时通过缓慢沉降冷却(下降速度5-10mm/hr)，最后得到预熔的晶质钛酸镧产品。

由于所述钛酸镧混合氧化物都是耐熔的高温材料，无法在由高熔点金属材料组成的坩堝中让它们熔融长晶。因此，本发明直接用所述钛酸镧混合氧化物原料本身作为坩堝材料，在真空室内用高频电源使其内部充分熔化，而外部则因装有水冷装置，其表层原料未被熔化，从而形成一层由本身原料组成的未熔壳体，起到了坩堝作用。内部已熔化的所述钛酸镧混合氧化物，依靠坩堝缓慢沉降，脱离加热区，熔体的温度也随之逐渐降低，形成晶质氧化物预熔融体。为保证预熔体的高纯度，在整个制备过程中，通过温度达摄氏负100度的冷阱装置，将炉内的残留气体和水分子等吸附掉，减少对熔体的污染，同时也有效地提高炉内的真空度。

由于生成的熔融体不是直接接触坩锅材料，而是接触与熔体同种的粉料，因此熔融体不存在污染问题，从而能获得高致密度、高纯度的预熔钛酸镧晶质蒸镀材料。

用本发明的长晶方法制备的蒸镀材料适用于各类光学薄膜的沉积。作为实施例用该预熔钛酸镧蒸镀材料沉积的光学镀层，在500纳米波长处，折射率为：2.10～2.28，消光系数≤2*10^-4。

Claims (4)

1、一种预熔钛酸镧晶质蒸镀材料制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

(1)配置钛酸镧混合氧化物粉体，按重量百分比由La₂O₃：8-70％和TiO₂：30-92％组成；

(2)将该混合氧化物粉体置于真空炉冷坩锅中，真空压力≤1 X 10^-2Pa，利用高频源加热到1800℃-2500℃，形成钛酸镧熔融体，该冷坩锅直接采用该钛酸镧混合氧化物粉体作为坩锅材料，在真空室内用高频电源使该钛酸镧混合氧化物粉体内部熔化，并通过外部水冷装置使该钛酸镧混合氧化物粉体表层未被熔化，从而形成该真空炉冷坩锅；

(3)对该钛酸镧熔融体通过缓慢沉降冷却，形成预熔钛酸镧晶质蒸镀材料。

2、如权利要求1所述的一种预熔钛酸镧晶质蒸镀材料制备方法，其特征在于，步骤(2)中的高频源频率为1MHZ—5MHZ。

3、如权利要求1所述的一种预熔钛酸镧晶质蒸镀材料制备方法，其特征在于，步骤(3)中的沉降速度为5-10mm/hr。

4、如权利要求1所述的一种预熔钛酸镧晶质蒸镀材料制备方法，其特征在于，制备过程中对水汽和残留气体采用冷阱捕集器捕集，深冷温度≤-100℃。

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