藍寶石單晶表面生長增強用鎂鋁尖晶石薄膜研究.pdf

1、藍寶石單晶具有優(yōu)異的光學(xué)、機械及熱學(xué)綜合性能，是目前3-5μm中波紅外光學(xué)窗口的優(yōu)選材料，但溫度升高時，藍寶石的強度急劇下降，影響其在高馬赫數(shù)導(dǎo)彈上的使用。在藍寶石表面生長鎂鋁尖晶石薄膜，并通過高溫擴散及淬火工藝在藍寶石基體析出納米顆粒增強成為使其滿足高速、高溫下使用要求的有效途徑。鎂鋁尖晶石薄膜具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，又具有類似藍寶石晶體、石英玻璃的光學(xué)性能，在紫外到紅外光波段(0.2-6.5μm)具有良好的透光性，并且spinel

2、結(jié)構(gòu)在Al2O3基板上有其特殊的反應(yīng)機制，所有這些特性使得鎂鋁尖晶石薄膜非常適合用來提高藍寶石高溫強度。目前國內(nèi)外采用鎂離子摻雜及離子注入的方式增強藍寶石晶體已有研究，但是對納米鎂鋁尖晶石顆粒增強這方面的研究還未見報道。本文旨在對擴散源Mg-Al spinel薄膜的制備工藝、組織結(jié)構(gòu)以及淬火析出鎂鋁尖晶石納米顆粒進行研究。通過不斷實驗優(yōu)化出了溶膠凝膠法制備MgO薄膜和磁控濺射法制備Mg薄膜的工藝參數(shù)。對溶膠凝膠法制備MgO薄膜進行XRD

3、、XPS和SEM分析，結(jié)果表明800℃以下熱處理后，制備的MgO薄膜仍為非晶態(tài)，且MgO薄膜比較致密均勻的分布在藍寶石單晶表面上。對磁控濺射法制備的Mg薄膜進行XRD和SEM分析，結(jié)果表明Mg薄膜在沉積過程有高度的取向性。鍍MgO薄膜和Mg薄膜的樣品經(jīng)過退火工藝后，一般規(guī)律是在藍寶石單晶表面形成的是外延的單晶MgAl2O4薄膜，在spinel表面形成了具有規(guī)則性的正三角形的層狀紋路。鍍Mg薄膜的樣品經(jīng)過淬火工藝后，在藍寶石基體析出了彌散