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蓝宝石单晶表面生长增强用镁铝尖晶石薄膜研究.pdf
蓝宝石单晶具有优异的光学、机械及热学综合性能，是目前3-5μm中波红外光学窗口的优选材料，但温度升高时，蓝宝石的强度急剧下降，影响其在高马赫数导弹上的使用。在蓝宝石表面生长镁铝尖晶石薄膜，并通过高温扩散及淬火工艺在蓝宝石基体析出纳米颗粒增强成为使其满足高速、高温下使用要求的有效途径。镁铝尖晶石薄膜具有优良的物理、化学性能，又具有类似蓝宝石晶体、石英玻璃的光学性能，在紫外到红外光波段(0.2-6.5μm)具有良好的透光性，并且spinel结构在Al2O3基板上有其特殊的反应机制，所有这些特性使得镁铝尖晶石薄膜非常适合用来提高蓝宝石高温强度。目前国内外采用镁离子掺杂及离子注入的方式增强蓝宝石晶体已有研究，但是对纳米镁铝尖晶石颗粒增强这方面的研究还未见报道。本文旨在对扩散源Mg-Alspinel薄膜的制备工艺、组织结构以及淬火析出镁铝尖晶石纳米颗粒进行研究。通过不断实验优化出了溶胶凝胶法制备MgO薄膜和磁控溅射法制备Mg薄膜的工艺参数。对溶胶凝胶法制备MgO薄膜进行XRD、XPS和SEM分析，结果表明800℃以下热处理后，制备的MgO薄膜仍为非晶态，且MgO薄膜比较致密均匀的分布在蓝宝石单晶表面上。对磁控溅射法制备的Mg薄膜进行XRD和SEM分析,结果表明Mg薄膜在沉积过程有高度的取向性。镀MgO薄膜和Mg薄膜的样品经过退火工艺后，一般规律是在蓝宝石单晶表面形成的是外延的单晶MgAl2O4薄膜，在spinel表面形成了具有规则性的正三角形的层状纹路。镀Mg薄膜的样品经过淬火工艺后，在蓝宝石基体析出了弥散状纳米镁铝尖晶石颗粒，这些颗粒为条状，并沿同一方向排列分布。对未镀膜和镀镁铝尖晶石薄膜后蓝宝石基体的红外透波性能测试分析表明，镀镁铝尖晶石薄膜后蓝宝石基体的红外透波率有所下降，但是下降的幅度较小，而且镀膜后蓝宝石基体的吸收边发生了“蓝移”。关键词蓝宝石；MgAl2O4薄膜；溶胶凝胶；磁控溅射
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