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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