專利名稱：有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡及其制造方法
技術領域：
本發明與反射鏡有關，特別與含有金屬保護層的高反射鏡及其制造方法有關。
背景技術：
申請號00130782的專利公開了一種反射鏡，在拋光的玻璃基體上依次沉積Al、MgF2、TiO2層來形成反射膜。眾所周知，Al與玻璃(或塑料)的附著力是比較弱的，其原因是Al的濺射閾值能量幾乎是最低的，用Ar+濺射僅為13ev，因而濺射出的Al粒子的動能也低，所以沉積在玻璃(或塑料)上的Al層的附著力就差，且容易出現針孔等瑕疵，嚴重影響鏡面質量，降低了鏡面對光的反射率。另外玻璃基材中游離的離子對Al層造成腐蝕，降低了鏡面使用壽命。
為了解決Al與基體(玻璃、塑料等)的附著力差的缺陷及針孔所帶來的瑕疵，申請號01119452的專利公開了另一種鋁反射鏡及制備方法，在玻璃基體上沉積非金屬介質膜SiO作第一層，在第一層上沉積Al形成鋁反射薄膜的第二層，在第二層上沉積MgF2形成作為透明保護薄膜的第三層，在第三層上沉積CeO2形成作為透明保護薄膜的第四層，在第四層上沉積SiO2形成作為透明保護薄膜的第五層。該專利采用在玻璃基體上沉積非金屬介質膜SiO作第一層，但非金屬介質膜SiO并不能很好解決Al或Ag與基體(玻璃、塑料等)之間附著力不強的缺陷，也不能有效阻擋基體中游離離子對Al或Ag的腐蝕，并且該專利在MgF2層沉積時需在80℃～300℃的較高溫度環境下分步實現，沉積層多，工藝要求高，設備復雜，不利于規模生產，生產效率低、成本高，另外由于鍍膜時環境溫度較高，塑料材料無法作為基體材料使用。
申請號01122099.6的專利公開了以Ag作為反射膜層的高反射鏡，與JP2-109003A和JP11-64612A公開的反射鏡相比提高了膜層的附著力和抗腐蝕性，該高反射鏡包括基體、并依次沉積TiOx(其中1≤X≤2)、Ag、Al2O3、TiO2，或在基體上依次沉積SiOx(其中1≤X≤2)、Cr、Ag、Al2O3、TiO2，其實質性改進是以TiOx來替代SiOx來改善Ag層與SiOx附著力不太好及會出現剝離或開裂缺陷，或是在SiOx層上再沉積Cr層來改善上述缺陷，因而帶來多的工作程序，作為連續的規模化生產而言，TiOx或SiOx介質膜的沉積都是比較困難的，更主要的是使生產設備的復雜程度增加，因此生產效率低、生產成本高。
發明內容
鑒于上述情況，本發明的目的是為了克服以上不足提供一種有增強基體與Al層或Ag層之間附著力并能有效阻擋基體中游離離子對Al層或Ag層腐蝕的金屬保護層的高反射鏡。該反射鏡具有良好的抗腐蝕性、膜層與基體的結合力強和高的反射率。
本發明的另一目的是為了提供一種由于所沉積的膜層數減少，可簡化制造工藝和設備的復雜程度，更容易實現大規模工業生產，提高生產效率，降低生產成本的有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡的制造方法。
本發明的目的是這樣來實現的本發明有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡包括基體，Al層或Ag層，沉積在Al層或Ag層上的SiO2層或Al2O3層，沉積在SiO2層或Al2O3層上的TiO2層，其特征是在基體與Al層或Ag層之間沉積著增強基體與Al層或Ag層之間附著力并能有效阻擋基體中游離離子對Al層或Ag層腐蝕的單質金屬Cr或Ti或Ni或該單質金屬的合金的金屬保護層。因為金屬保護層如Cr層的濺射閾值能量比Al高出近一倍，且金屬保護層很致密，硬度高，因而能起到增強附著力和減少針孔等瑕疵的作用并能有效阻擋玻璃基片中游離離子對Al層的腐蝕。該高反射鏡膜系在可見光波段范圍的光反射率可高于97％。
上述的基體是玻璃或塑料。
上述的金屬保護層厚度為0.1～10nm。
上述的Al層的厚度為40～120nm，Ag層的厚度為50～300nm。
上述的SiO2層、TiO2層、Al2O3層的厚度為λ/4，其中的λ為設計主波長。
本發明高反射鏡的制造方法是基體經清洗機清洗并經冷、熱風吹干和/或熱箱烘干，然后進入連續磁控濺射生產線的前鎖定室，粗抽真空后，進入前保持室，待其真空到達設定要求后，進入緩沖I室，此時緩沖I室、第一鍍膜室和緩沖II室的真空已達到設定要求，充入工作氣體Ar，先用直流或中頻電源以磁控濺射方式鍍上一層單質金屬Cr或Ti或Ni或該單質金屬的合金的金屬保護層，再用直流或中頻電源以磁控濺射方式鍍一層Al或Ag，經緩沖II室進入隔離室，該室的真空保持設定要求，然后工件進入緩沖III室，此時緩沖III室、第二、第三鍍膜室和緩沖IV室的真空已達到設定要求，充入工作氣體Ar，用中頻電源濺射Si或Al和Ti靶，至通過等離子體發射譜強度監測器閉環平衡控制裝置(PEM)控制反應氣體O2的量進行充分的反應濺射，使SiO2或Al2O3的膜厚達到λ/4(λ為主設計波長)，TiO2的膜厚達到λ/4(λ為主設計波長)，經緩沖IV室后進入后保持室，然后進入后鎖定室，工件出后鎖定室后即完成整個高反射鏡的制作，其特征在于可以在常溫狀態下或是在加熱狀態下用等離子體發射譜強度監測器閉環平衡控制裝置(PEM)控制反應氣體O2的量進行充分的反應濺射在基體上依次沉積單質金屬Cr或Ti或Ni或該單質金屬的合金金屬保護層、Al層或Ag層、SiO2層或Al2O3層和TiO2層。
本發明在基層與Al層或Ag層之間沉積了能增強基體與Al層或Ag層之間附著力并能有效阻擋基體中游離離子對Al層或Ag層腐蝕的保護層，故而具有良好的抗腐蝕性、膜層與基體的結合力強、反射率高的優點。
本發明方法由于所沉積的膜層數減少，可簡化制造工藝和設備更容易實現大規模工業生產，生產效率高，生產成本降低。
圖1為本發明高反射鏡結構示意圖。
圖2為圖1高反射鏡生產方法流程圖。
圖3為PEM閉環平衡控制裝置結構示意圖。
圖4為本發明高反射鏡另一結構示意圖。
具體實施例方式圖1是本發明高反射鏡的第一實施方案的剖視圖。參見圖1，先經清洗機清洗并經冷、熱風吹干和/或熱箱烘干的玻璃基體1，Cr層2是采用純Cr靶，用直流或中頻電源以磁控濺射方式沉積在玻璃基片1上，膜厚為2nm(也可在1～10nm選擇)，通過該過渡層，提高隨后鍍上的Al層3的附著力，并防止玻璃基片中游離離子對Al層的腐蝕，因為Cr的濺射閾值能量用Ar+濺射為22ev，比Al高出近一倍，且Cr層很致密，硬度高，因而能起到增強附著力和減少針孔等瑕疵的作用并能有效阻擋玻璃基片中游離離子對Al層的腐蝕，實踐證明，該涂層也不會導致在可見光范圍內降低高反射膜系的反射率；Al層3是高反射鏡膜系的主金屬反射層，采用DC電源濺射，膜厚為90nm(也可在40～120mm之間選擇)，以保證Al層具有最佳的反射率；SiO2層4和TiO2層5組成增強反射膜系，SiO2層沉積在Al層之上，TiO2層沉積在SiO2層之上，達到提高反射率之目的，SiO2和TiO2層均采用孿生中頻反應磁控濺射來制備，SiO2的膜層厚度為λ/4(λ為主設計波長)，TiO2膜層的厚度為λ/4(λ為主設計波長)，通過改變SiO2和TiO2膜層厚度的不同組合，可以改變高反射膜的光學反射特性曲線，使其滿足所需要的反射值。用以上的膜層結構和膜厚可以滿足對紅、黃、藍光有選擇性反射要求的高反射鏡的生產，特別適合背投彩電的高反射鏡的使用。該膜系對各種光波長可以得到的反射率見表
圖2為圖1高反射鏡的生產方法流程圖。玻璃基體經清洗工序6中清洗機清洗并在吹干工序7經冷、熱風吹干(也可對基體進行加熱烘烤干，加熱溫度90℃～110℃)，然后經上料臺進入前鎖定室9，粗抽真空至2Pa后，進入前保持室10，待其真空到達5×10-3Pa后，進入緩沖I室11，此時，緩沖I室、第一鍍膜室12和緩沖II室13的本底真空已達到2×10-3Pa，充入工作氣體Ar至3×10-1Pa，先用DC磁控濺射鍍上一層Cr，再用DC磁控濺射鍍一層Al，膜厚40～120nm，經緩沖II室進入隔離室14，該室的真空應保持好于5×10-3Pa，然后工件進入緩沖III室15，緩沖III室、第二、第三鍍膜室16、17和緩沖IV室18的本底真空已達到2×10-3Pa，充入工作氣體Ar到3×10-1Pa，用中頻電源啟動Si和Ti靶，至通過PEM閉環平衡控制裝置控制反應氣體O2的量進行充分的反應濺射，使SiO2的膜厚為λ/4(λ為主設計波長，如λ為500)；TiO2的膜厚為λ/4(λ為主設計波長如λ＝500，膜厚為125)，經緩沖IV室后進入后保持室19，該室的真空應保持好于5×10-3Pa，然后進入后鎖定室20，該室的真空為2Pa，工件出后鎖定室后即完成整個高反射鏡的制作。
圖中序號21、22、23分別為檢測站21、覆膜站22、下料臺23。
圖3為PEM閉環平衡控制裝置控制原理圖。PEM閉環平衡控制裝置24包括裝在工作室上的光學發射探測器25，與光學發射探測器，中頻電源連接的PID比例微積分運算控制器26，裝在O2輸送管上的壓電閥27通過反應氣體流管道28與PID連接。圖中序號29、30、31、32、33分別為質量流量計，中頻電源、基材、雙磁控陰極。
圖4是本發明高反射鏡另一結構示意圖。玻璃基體1先經過前處理清洗，并用冷、熱風將水吹干后進行常溫下沉積后面所述膜層，也可對基片進行加熱烘烤后沉積后面所述膜層。Cr層2是采用純Cr靶，用DC濺射沉積在玻璃基片1上，膜厚為3nm，因為Cr的濺射閾值能量用Ar+濺射是22ev，比Ag(為15ev)高得多，且Cr膜很致密，硬度高，因而能起到增強附著力和阻擋玻璃基片游離離子對Ag的腐蝕，并且該涂層也不會導致在可見光范圍內降低高反射膜系的反射率；Ag層34是高反射鏡膜系的主金屬反射層，采用DC磁控濺射，膜層的厚度為95nm(也可在50～300nm之間)，應保證Ag層具有最佳的反射率；Al2O3層35采用孿生中頻反應濺射沉積在Ag層34上，與隨后沉積在上面的TiO2層5構成保護層和組成增加反射率的膜系，由于Al2O3層是一種致密的膜，所以能形成充分的抵抗潮濕和劃傷的穩定膜層，膜厚為λ/4(λ為主設計波長如λ為500)；TiO2層5形成在Al2O3層35之上，組成增加反射結構的高折射率膜層，采用孿生中頻反應濺射法制備，膜厚為λ/4(λ為主設計波長如λ為500)。通過Al2O3層35和TiO2層5的組合，更能體現Ag的高反射特性。該高反射鏡膜系在可見光波段范圍的光反射率可高于97％。同時，對主設計波長λ不同組合，可以改變高反射膜系的光反射特性曲線，調節在可見光的各不同波段的反射率，使其滿足各種不同場合的需求。
權利要求
1.有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡，包括基體，Al層或Ag層，沉積在Al層或Ag層上的SiO2層或Al2O3層，沉積在SiO2層或Al2O3層上的TiO2層，其特征在于在基體與Al層或Ag層之間沉積著增強基體與Al層或Ag層之間附著力并能阻擋基體中游離離子對Al層或Ag層腐蝕的單質金屬Cr或Ti或Ni或該單質金屬的合金的金屬保護層。
2.如權利要求1所述的有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡，其特征在于所述的基體是玻璃或塑料。
3.如權利要求1或2所述的有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡，其特征在于金屬保護層的厚度為0.1～10nm。
4.如權利要求1或2所述的有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡，其特征在于Al層的厚度為40～120nm，Ag層的厚度為50～300nm。
5.如權利要求1或2所述的有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡，其特征在于SiO2層、TiO2層、Al2O3層的厚度為λ/4，其中的λ為設計主波長。
6.如權利要求1所述的有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡的制造方法，包括以下步驟基體經清洗機清洗并經冷、熱風吹干和/或熱箱烘干，然后進入連續磁控濺射生產線的前鎖定室，粗抽真空后，進入前保持室，待其真空到達設定要求后，進入緩沖I室，此時緩沖I室、第一鍍膜室和緩沖II室的真空已達到設定要求，充入工作氣體Ar，先用直流或中頻電源以磁控濺射方式鍍上一層單質金屬Cr或Ti或Ni或該單質金屬的合金的金屬保護層，再用直流或中頻電源以磁控濺射方式鍍一層Al或Ag，經緩沖II室進入隔離室，該室的真空保持設定要求，然后工件進入緩沖III室，此時緩沖III室、第二、第三鍍膜室和緩沖IV室的真空已達到設定要求，充入工作氣體Ar，用中頻電源濺射Si或Al和Ti靶，至通過等離子體發射譜強度監測器閉環平衡控制裝置(PEM)控制反應氣體O2的量進行充分的反應濺射，使SiO2或Al2O3的膜厚達到λ/4、λ為主設計波長，TiO2的膜厚達到λ/4、λ為主設計波長，經緩沖IV室后進入后保持室，然后進入后鎖定室，工件出后鎖定室后即完成整個高反射鏡的制作，其特征在于可以在常溫狀態下或是在加熱狀態下用等離子體發射譜強度監測器閉環平衡控制裝置控制反應氣體O2的量進行充分的反應濺射在基體上依次沉積單質金屬Cr或Ti或Ni或該單質金屬的合金的金屬保護層、Al層或Ag層、SiO2層或Al2O3層和TiO2層。
全文摘要
本發明提供了一種有增強附著力的金屬保護層的高反射鏡，包括基體，沉積在基體上的單質金屬Cr或Ti或Ni或該單質金屬的合金的金屬保護層，沉積在金屬保護層上的Al層或Ag層，沉積在Al層或Ag層上的SiO
文檔編號C23C14/00GK1527071SQ03135879
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月23日 優先權日2003年9月23日
發明者甘國工 申請人:甘國工