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第1章 红外透过材料基础 1

1.1 概述 1

1.2 战场上的红外信号 1

1.2.1 电磁波谱与大气窗口 1

1.2.2 黑体辐射 2

1.2.3 红外信号在透过材料中的传输 5

1.3 典型红外透过基底材料 8

1.3.1 材料分类 8

1.3.2 单晶体 8

1.3.3 多晶及陶瓷体 19

1.3.4 光学玻璃 26

1.4 红外增透保护薄膜 29

1.4.1 常见光学薄膜材料及其主要特性 29

1.4.2 表面超结构 31

1.4.3 透明导电膜 33

1.5 红外增透保护膜的光学性能 34

1.5.1 光学常数 34

1.5.2 透射率 35

1.5.3 发射率 38

1.5.4 常见红外材料的透过波段 40

1.6 红外增透保护膜的力学与热学性能 42

1.6.1 硬度与弹性模量 43

1.6.2 膜基结合强度 45

1.6.3 热导率与热膨胀系数 46

参考文献 48

第2章 红外增透保护膜的服役环境 51

2.1 概述 51

2.2 气动热／力环境及气动热／力失效 52

2.2.1 红外窗口气动热／力失效的基本形式 52

2.2.2 红外窗口材料的发展概况 53

2.2.3 红外窗口功能膜的设计方法 56

2.2.4 红外窗口的地面失效试验 61

2.2.5 红外窗口失效的数值模拟 65

2.3 典型气动热／力环境分析 66

2.3.1 超声速飞行器外流场计算模型 67

2.3.2 超声速飞行器外流场模型的验证 73

2.3.3 钝锥外流场计算 74

2.3.4 尖锥外流场计算 78

2.4 雨蚀 83

2.4.1 雨蚀损伤行为及影响因素 83

2.4.2 雨蚀试验方法及装置 86

2.4.3 耐雨蚀性能的评测指标 88

2.4.4 雨蚀保护 89

2.5 沙蚀 90

2.5.1 沙蚀损伤行为 90

2.5.2 沙蚀的影响因素 90

2.5.3 沙蚀试验介绍 91

参考文献 92

第3章 红外增透保护膜系的光学设计 101

3.1 概述 101

3.2 膜系设计基本理论 101

3.2.1 数理方法 101

3.2.2 单层均匀介质膜 104

3.2.3 多层均匀介质膜 110

3.3 斜入射理论及膜系设计 113

3.3.1 入射介质、膜层和衬底组合的消偏振设计 118

3.3.2 1/4波堆的消偏振设计 120

3.4 膜系参数变化讨论 124

3.4.1 入射角的影响 124

3.4.2 薄膜光学厚度的影响 126

3.4.3 薄膜折射率的影响 126

3.4.4 薄膜物理厚度的影响 132

参考文献 132

第4章 红外增透保护膜的制备方法 133

4.1 概述 133

4.2 磁控溅射 133

4.3 蒸发镀膜 136

4.4 等离子增强化学气相沉积 137

4.5 过滤阴极真空电弧沉积 139

4.6 大面积过滤阴极真空电弧均匀沉积方法 141

4.7 大尺寸平面磁控溅射均匀沉积方法 142

4.8 大口径球面磁控溅射均匀沉积方法 147

参考文献 148

第5章 非晶金刚石薄膜 150

5.1 概述 150

5.2 富sp3杂化沉积能量的确定 151

5.2.1 薄膜的力学性能 151

5.2.2 拉曼分析 153

5.2.3 X射线光电子谱分析 156

5.2.4 电子能量损耗谱分析 159

5.3 非晶金刚石薄膜的沉积机制 161

5.3.1 薄膜横截面层状密度分布 162

5.3.2 非晶金刚石薄膜的结构模型 166

5.3.3 薄膜的表面形态 169

5.3.4 薄膜的表面成分 171

5.4 薄膜光学参数的工艺控制规律 172

5.4.1 基本理论 172

5.4.2 折射率 173

5.4.3 消光系数 175

5.4.4 光学带隙 177

5.5 薄膜厚度和应力的影响规律 178

5.5.1 不同厚度非晶金刚石薄膜的力学性能 178

5.5.2 不同厚度非晶金刚石薄膜的拉曼表征 180

5.5.3 薄膜应力的影响规律 181

5.6 热稳定性 184

5.6.1 空气环境中薄膜的热稳定性 184

5.6.2 真空环境中薄膜的热稳定性 188

5.7 与红外窗口材料的结合 193

5.7.1 非晶金刚石薄膜与硫化锌和氟化镁的界面特性 193

5.7.2 非晶金刚石薄膜与锗的界面特性 194

5.8 多层非晶金刚石薄膜的结构与应力分析 199

5.8.1 多层膜的应力理论 199

5.8.2 多层非晶金刚石膜的微结构 201

5.8.3 多层非晶金刚石膜的应力分析 204

5.9 多层非晶金刚石薄膜的力学性能研究 206

5.9.1 硬度与弹性模量 207

5.9.2 断裂性能 209

5.9.3 耐划擦与附着性能 212

5.9.4 子膜层厚度对多层膜机械性能的影响 215

参考文献 222

第6章 碳化锗薄膜 233

6.1 概述 233

6.2 磁控共溅射制备碳化锗薄膜的沉积速率 233

6.2.1 磁控共溅射制备碳化锗 233

6.2.2 功率对沉积速率的影响 234

6.2.3 衬底温度对沉积速率的影响 235

6.3 表面形貌、晶态及组分 235

6.3.1 表面形貌 235

6.3.2 晶态结构 238

6.3.3 组分分析 238

6.4 键合结构及成键机制 240

6.4.1 碳化锗薄膜的FTIR光谱 240

6.4.2 碳化锗薄膜的拉曼光谱 243

6.4.3 碳化锗薄膜的X射线光电子谱 250

6.4.4 成键机制和规律 253

6.5 薄膜密度 254

6.6 薄膜的光学性能 257

6.6.1 可见光光学性能 257

6.6.2 红外光学性能 262

6.7 薄膜的电学性能 267

6.8 薄膜的力学性能 269

6.8.1 硬度与弹性模量 269

6.8.2 残余应力 271

6.9 热稳定性 275

6.9.1 键合结构分析 275

6.9.2 硬度变化 278

6.10 碳化锗复合膜系 279

6.10.1 碳化锗／碳化锗复合膜系 279

6.10.2 非晶金刚石／碳化锗复合膜系 281

参考文献 282

第7章 磷化硼薄膜 285

7.1 概述 285

7.2 磷化硼薄膜结构和性能的研究进展 286

7.2.1 磷化硼薄膜的结构特点 286

7.2.2 磷化硼薄膜的性能特点 288

7.2.3 复合膜系 290

7.3 磁控反应溅射磷化硼薄膜的结构分析 291

7.3.1 磁控反应溅射的工艺设计 291

7.3.2 成分分析 292

7.3.3 表面形貌 294

7.3.4 晶态结构和键合形态 296

7.3.5 生长机制 301

7.4 磷化硼薄膜的热稳定性 302

7.4.1 XRD分析 303

7.4.2 拉曼分析 304

7.5 磷化硼薄膜的力学及光学性能 305

7.5.1 力学性能 305

7.5.2 光学性能 309

7.6 磷化硼薄膜的耐蚀耐磨性能 311

7.6.1 耐腐蚀性能 311

7.6.2 摩擦磨损性能 312

参考文献 316

第8章 氧化铝薄膜 318

8.1 概述 318

8.2 氧化铝薄膜的研究现状 318

8.2.1 氧化铝的基本特性 318

8.2.2 晶态氧化铝薄膜研究现状 319

8.3 氧化铝薄膜的制备方法 321

8.3.1 常规磁控溅射沉积过程 321

8.3.2 反溅辅助磁控溅射沉积过程 323

8.4 生长速率、成分和化学键态 324

8.4.1 生长速率 324

8.4.2 O/Al成分比 325

8.4.3 化学键合态 326

8.5 形貌及结构分析 326

8.5.1 表面形貌 326

8.5.2 晶体结构 327

8.6 反溅辅助低温晶化 329

8.6.1 晶体结构 329

8.6.2 力学性能 331

8.6.3 光学性能 333

参考文献 335

第9章 氧化钇薄膜 338

9.1 概述 338

9.2 磁控反应溅射法制备氧化钇薄膜的晶型控制 338

9.2.1 氧气分压的影响 340

9.2.2 衬底温度的影响 342

9.2.3 衬底偏压的影响 343

9.2.4 溅射功率的影响 345

9.3 氧化钇薄膜的性能调控 347

9.3.1 氧化钇薄膜的光学性能 348

9.3.2 氧化钇薄膜的力学性能 354

9.3.3 氧化钇薄膜的表面润湿性能 358

9.4 磁控反应溅射氧化钇薄膜的生长模式与沉积速率 366

9.4.1 反应滞后回线与生长模式 366

9.4.2 反应回线的调控 368

9.4.3 生长模式与沉积速率 369

9.5 氧化钇薄膜与硫化锌基底之间的结合 370

9.5.1 界面区XPS成分剖析 371

9.5.2 界面结合强度 379

参考文献 382

第10章 红外透明导电氧化物薄膜 384

10.1 概述 384

10.2 等离子体轰击辅助磁控溅射制备In2O3和In2O3:Sn薄膜 385

10.2.1 In2O3和In2O3:Sn薄膜的微结构 385

10.2.2 In2O3和In2O3:Sn薄膜的成分及化学键合态 392

10.2.3 氧化铟和锡掺杂氧化铟薄膜的光电性能 399

10.3 磁控共溅射制备钌掺杂氧化钇薄膜的结构和性能研究 404

10.3.1 钌掺杂氧化钇薄膜的表面形貌 404

10.3.2 钌掺杂氧化钇薄膜的晶体结构 407

10.3.3 钌掺杂氧化钇薄膜成分及化学键合态 408

10.3.4 电学和光学性能 416

10.4 红外透明导电机理分析及应用 418

10.4.1 红外透明导电机理分析 418

10.4.2 硫化锌窗口远红外透明导电氧化物薄膜 420

参考文献 421