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光學級金剛石膜在高新技術領域的應用

時間:2019-09-10瀏覽次數:999
金剛石是唯一的一種綜合了透光性、耐熱沖擊性,并對水和固體顆粒沖擊以及化學腐蝕高度耐久性的材料。

金剛石是唯一的一種綜合了透光性、耐熱沖擊性,并對水和固體顆粒沖擊以及化學腐蝕高度耐久性的材料。金剛石具有極其優異的光學性能,從紫外(0.22μm)到遠紅外,直至微波波段,除在4~6μm位置存在微小的本征吸收峰外,不存在任何其它吸收峰。此外金剛石還具有最高的硬度和彈性模量,最高的熱導率,極低的熱膨脹系數,極低的微波介電損耗和極佳的化學穩定性,因此是最理想的光學窗口材料。

超音速導彈(飛行器)紅外或雷達光學窗口

     比較常用的紅外窗口材料有ZnS和ZnSe,這兩種材料雖然有很好的紅外線透過能力,但其物理特性比較脆弱,容易受損傷。而在軍事和非常規用途上,對紅外窗口的要求非常嚴格。金剛石膜是一種優質的表面材料,具有紅外增透特性;同時金剛石膜又是作為紅外窗口的一種良好的減反射膜材料。此外,金剛石的高導熱、耐磨等特性也可以很好地保護紅外窗口免受外界沖擊。研究結果表明,國內的光學級金剛石膜的性能不僅可以滿足超音速導彈(飛行器)紅外光學窗口的應用要求,而且還能為國內其它相關應用提供極端條件下抗熱震、抗砂蝕和雨蝕紅外光學窗口材料。

高功率工業CO2激光窗口和微波窗口

     光學級金剛石膜由于熱導率非常高(是ZnSe熱導率的100倍)在水冷條件下幾乎不發生任何溫升,因此幾乎沒有熱透鏡效應。研究表明,光學級金剛石膜CO2激光損傷閾值高達226kw/cm2即使用作上百千瓦功率的激光窗口也沒有任何問題。加上金剛石膜的硬度和強度,光學級金剛石膜窗口實際上是一種“永不破壞”的窗口。光學級CVD金剛石膜在微波波段的介電損耗非常之低,是作為高功率微波窗口的理想材料,目前已得到許多成功的應用。

極端惡劣環境中應用的耐極端摩擦磨損光學窗口

     光學級金剛石膜由于具有最高硬度,最高熱導率,極低熱膨脹系數,很高的機械強度和極佳化學穩定性等優異性組合,因此可用作在極端摩擦磨損,高溫,輻射和強腐蝕環境中工作的光學窗口。除軍事應用外,在冶金,化工,礦山,石化,核工業等民用領域都有很好的應用前景。

高功率行波管關鍵散熱元

     國內外行波管普遍采用BeO作為行波管慢波元件的支撐桿獲支撐塊,同時起著絕緣和導熱的雙重作用。但BeO的熱導率有限,無法滿足高功率和高頻率行波管的要求,并且又有劇毒。光學級金剛石膜的熱導率非常之高,同時又具有非常低的微波介電損耗,因此可用在高功率電子器件的散熱關鍵材料。光學級金剛石膜在高功率行波管的應用是很成功的案例之一。

 

      制備CVD金剛石膜是采用化學氣象沉積法制造;雙面拋光后,顏色呈透明色,常規尺寸直徑可達120mm以上,厚度為1mm時,透光率可達60%以上。金剛石作為典型的多功能材料,具有高熱導率、高折射率、抗輻射、化學惰性、優異的電學及力學性能,特別適用于的8~12μm長波紅外波段的光學窗口材料。

    在所有的紅外光學材料中,CVD金剛石膜是唯一一種結合了透光性、熱沖擊性并對雨滴和固體粒子沖擊以及化學腐蝕具有高度耐久性的材料。更為重要的是,金剛石極低的熱膨脹系數和高熱導率使金剛石具有優良的抗熱振性能,在高溫環境下保持良好的光學性能,使其成為苛刻環境下服役的最佳紅外光學窗口材料。

      應用:大功率激光器和探測器窗口材料、光學透鏡保護膜、輻射探測器、導彈雷達罩等。


 


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