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滤光片的耐磨性

日期:2020-09-20 22:01
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摘要:滤光片的耐磨性

滤光片的耐磨性

暴露的表面上的薄膜,如在透镜上镀减反射膜,可能要求随时都要保持清洁。在用抹布或者镜头纸等材料进行清洁时,通常包括某种摩擦。透镜的表面常常会有灰尘或者颗粒,在摩擦处理前不可能将其移除。这种处理方**引起磨损,重要的是暴露表面要尽可能高的耐磨性。关于耐磨性的优良测量方法是不容易建立的,因为很难用优良的语言对其进行定义。所采用的方法是在受控条件下将会产生磨损,这类似于在实际操作中所造成的的磨损一样,并且这种磨损会非常严重。薄膜所能承受的这种处理的程度在实际应用中对其性能具有指导作用。英国Sira研究所(前身为英国科学仪器研究协会)就标准化这种测试并进行了大量的研究。他们的方法包括利用橡胶制成一个标准垫,其中装有金刚粉。利用**的负载,该标准垫沿表面拉伸,通常对5lb/in2(1lb/in2=7.03070×102kg/m2)的负载拉伸次数为20次。这种工作直接用于评价在可见光波段应用于的单层氟化镁减反膜的性能。在上述给定的正常测试条件下,这种足够牢固的膜层并没有被损坏的迹象。然而他们发现耐磨性不仅与镀膜材料有关,而且与膜层厚度也有关系。一般来说,多层膜比单层膜更容易损坏,因此很有必要为每一种类型的薄膜建立一个新的标准。

美国军用指标MIL-E-12397B,可追溯到1954年,直到现在仍在采用。这一指标详述了一个在测试薄膜光学元件时所用到的浮石研磨材料构成的擦除器。这种擦除器在许多包括磨损测试的美国军用指标中用到。一个重要的指标是MIL-C-675C,这一指标严格地应用于单层氟化镁减反膜,但也被作为宽波段光学薄膜的标准。尽管这是一个严格的军用标准,但它经常用在光学薄膜中。

来自不同批次的研磨垫很难达到完全相同的研磨性能。利用可能包含或者不包含研磨颗粒的衬垫进行类似的测试,该方法被广泛使用。利用粗糙的布甚至是钢丝绒进行类似的测试也是常见的。

可惜的是,通常这样的测试不能形成一种实际的耐磨性测量方法,只是仅仅能够决定一个给定的薄膜是否合格。因此,Holland和vanDam对一些更好地装置进行了研究。他们的测试所依据的原理是耐磨性的测量必须对薄膜有实际的损坏。损坏测试可以被认为是耐磨性测量。他们的方法是让薄膜受磨损作用的影响,这种作用在薄膜表面会随其强度发生变化,并且在其*强点可以完全移除薄膜。摩擦过程一停止,就会发现薄膜被完全移除的点。当然,这种方法仍然是相对的,因为对于每一个薄膜组合必须建立不同的标准。但是,这种方法允许比较相似的薄膜的耐磨性测量,而先前的方法则是不能实现的。仪器装置如图1所示,它包括一个往复运动臂,其装载着一个直径为0.25in(1in=2.54cm)的Sira型研磨垫,负载为5.5lb(1lb=0.453592kg)。在测试中,研磨垫每冲击三次,装有测试样品的夹具近似旋转一次。研磨垫在样品的表面勾画出一系列的螺旋线,通过设计使研磨区域的直径大概为1.25in。研磨采用从圆内到圆外强度逐渐降低的方式,并且当中心区域的膜层被完全移除而外部没有移除的时候开始进行测试。Holland和van Dam研究发现大约200次冲击足以使氟化镁单层膜完成这样的测试。随后,他们用下面的公式定义了薄膜的耐磨性,即

式中,d为圆的直径,圆中的膜层已经被完全移除;D为受磨损的区域的直径,这一区域受到磨损,Holland和van Dam特别研究了可见光区域的单层氟化镁减反膜这种情况,并且他们给出了不同条件下的有趣结果。

他们研究了许多不同的蒸发条件,包括入射角和基底温度。对于典型的在绿光波段具有增透作用的氟化镁薄膜,其耐磨性的常见值为25,这依赖于具体的淀积条件。当基底的温度在蒸发期间达到300℃并且在蒸发前通过辉光放电清洗十分钟,则可获得*佳效果。如果温度降低到260℃或者只有5分钟的辉光放电清洗,则耐磨性会明显降低。他们还发现通过粗绒布抛光或沉积之后在空气中以400℃的温度进一步烘烤,则薄膜的耐磨性会相应的增强。获得的另一个重要结果是在薄膜淀积过程中蒸汽入射临界角的出现,大于临界角时耐磨性迅速下降。临界角随薄膜厚度而发生轻微的变化,但是当厚度超过300nm时,这一角度近似为40度,并厚度的减小而增大。

看来耐磨性测试从未在指标上达成共识。再生产中将其作为一种质量控制测试是非常有用的,特别是在质量降低到正常磨损测试水平以下之前,能够及时检测到质量的降低,这样在薄膜报废之前可以采用相应的补救措施。

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