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金属反射膜
光学薄膜是改变光学零件表面特征而镀在光学零件表面的一层或多层膜。可以是金属膜,介质膜或这两类膜的组合。以常用的金属反射膜为例,这里简单介绍下金属反射膜的一些特点。
金属膜的高反射波段非常宽广,几乎可覆盖全部光频范围;各种金属膜层与基底的附着能力有较大差别;金属膜层的化学稳定性较差膜层软,容易划伤。
图1-金属膜的反射曲线图
从图1中可知:银膜在可见和红外区有很高的反射率,金膜在红外区有很高的反射率,而铝膜则对紫外、可见、红外区都具有较高的反射率。铝膜是从紫外到红外区都具有很高反射率的唯一材料,同时铝膜表面在大气能生成一层薄薄的氧化铝膜,起到保护膜层的功效,所以膜层比较牢固、稳定。
金属材料的物理特性
银
熔点961℃,蒸发方法:W、Ta、Mo,密度10.5
金
熔点1063℃,蒸发方法:W、Ta、Ao,密度19.3
铝
熔点660℃,蒸发方法:W、Ta、Mo、E,密度2.7
银膜(Ag)
银的化学性质十分稳定,在稀盐酸或稀硫酸中,不会被腐蚀。溶解于热的浓硫酸、浓盐酸和硝酸。在一些容易腐蚀的金属表面镀上一层银,可以延长使用寿命。
银膜在可见区及红外区波段内,具有高于一切已知材料的反射率。在可见区和红外区,反射率分别可达95%和99%。但是银膜的附着力差,机械强度和化学稳定性也不好,故主要用作短期使用的零件或胶合保护的场合。
当银膜暴露于空气中时反射率会逐渐降低,主要原因是因为其表面形成的氧化银和硫化银,因此需要加保护层或保护玻璃。
银膜可用化学方法和真空蒸镀方法镀制,用化学还原的方法镀制,工艺比较简单,成本低。在可见光谱区反射率约为90%。而用真空镀银方法得到的银膜,反射率可提高到92%~94%。
金膜(Au)
化学性质不活泼,稳定性比银好,与酸碱不起作用,只溶于王水,硫酸等腐蚀性较强的物质中。
在红外波段内有几乎与银差不多高的反射率,常用于红外反射镜。新蒸镀的金膜质地较软,容易划伤或剥落,但镀后不久的金膜会逐渐变硬,与基板的附着力增加,大约一周后,膜的牢固度趋于稳定。
金膜与基片的附着能力差,硬度低,容易出划痕或擦除。为提高膜的牢固度,可预先在基底镀一层铬或者镍作为底层。刚镀完金膜的零件,需在空气中放置一周,以提高膜的牢固度和硬度。
金属反射膜的优点是制备工艺简单,工作的波长范围宽;缺点是光损大,反射率不可能很高。为了使金属反射膜的反射率进一步提高,可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层,组成金属电介质反射膜。
铝膜(Al)
铝为银白色轻金属,有延展性,商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防金属腐蚀的氧化膜。用酸处理过的铝粉在空气中加热能猛烈燃烧,易溶于稀硫酸,不溶于水。因为其良好的导电和导热性、高反射性和耐氧化从而被广泛使用。
铝是唯一从紫外(0.2um)到红外(30um)具有很高反射率的材料,大约在波长0.85 um处反射率出现一极小值,其值为86%。铝膜对基板的附着力比较强,机械强度和化学稳定性也比较好。
未经保护的铝膜暴露于大气中,由于铝膜的氧化将不可避免的出现反射率随时间增加而下降的情况。当氧化层的厚度足以阻止进一步氧化时,膜的反射率才稳定下来,但是此时短波区的反射率已经大大降低了。
由于多数金属都比较软,容易损坏,所以常常于金属的外面加一层保护膜,这样既能提高牢固度,又能保护金属膜不受大气侵蚀。常用的铝保护膜是一氧化硅,此外氧化铝也常作为铝保护膜。
地壳中含量最高的金属 → 铝
人体中含量最高的金属 → 钙
世界年产量最高的金属 → 铁
导电导热性最好的金属 → 银
熔点最大的金属 → 钨
熔点最低 → 汞
密度最大 → 锇
密度最小 → 锂