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光学级金刚石膜在高新技术领域的应用

日期:2017-9-28
来源:磨料磨具研习社

  金刚石是唯一的一种综合了透光性、耐热冲击性,并对水和固体颗粒冲击以及化学腐蚀高度耐久性的材料。金刚石具有极其优异的光学性能,从紫外(0.22μm)到远红外,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。此外金刚石还具有最高的硬度和弹性模量,最高的热导率,极低的热膨胀系数,极低的微波介电损耗和极佳的化学稳定性,因此是最理想的光学窗口材料。

  

超音速导弹(飞行器)红外或雷达光学窗口

 

  比较常用的红外窗口材料有ZnS和ZnSe,这两种材料虽然有很好的红外线透过能力,但其物理特性比较脆弱,容易受损伤。而在军事和非常规用途上,对红外窗口的要求非常严格。金刚石膜是一种优质的表面材料,具有红外增透特性;同时金刚石膜又是作为红外窗口的一种良好的减反射膜材料。此外,金刚石的高导热、耐磨等特性也可以很好地保护红外窗口免受外界冲击。研究结果表明,国内的光学级金刚石膜的性能不仅可以满足超音速导弹(飞行器)红外光学窗口的应用要求,而且还能为国内其它相关应用提供极端条件下抗热震、抗砂蚀和雨蚀红外光学窗口材料。

高功率工业CO2激光窗口和微波窗口

 

  光学级金刚石膜由于热导率非常高(是ZnSe热导率的100倍)在水冷条件下几乎不发生任何温升,因此几乎没有热透镜效应。研究表明,光学级金刚石膜CO2激光损伤阈值高达226kw/cm2即使用作上百千瓦功率的激光窗口也没有任何问题。加上金刚石膜的硬度和强度,光学级金刚石膜窗口实际上是一种“永不破坏”的窗口。光学级CVD金刚石膜在微波波段的介电损耗非常之低,是作为高功率微波窗口的理想材料,目前已得到许多成功的应用。

极端恶劣环境中应用的耐极端摩擦磨损光学窗口

 

  光学级金刚石膜由于具有最高硬度,最高热导率,极低热膨胀系数,很高的机械强度和极佳化学稳定性等优异性组合,因此可用作在极端摩擦磨损,高温,辐射和强腐蚀环境中工作的光学窗口。除军事应用外,在冶金,化工,矿山,石化,核工业等民用领域都有很好的应用前景。

高功率行波管关键散热元

 

  国内外行波管普遍采用BeO作为行波管慢波元件的支撑杆获支撑块,同时起着绝缘和导热的双重作用。但BeO的热导率有限,无法满足高功率和高频率行波管的要求,并且又有剧毒。光学级金刚石膜的热导率非常之高,同时又具有非常低的微波介电损耗,因此可用在高功率电子器件的散热关键材料。光学级金刚石膜在高功率行波管的应用是很成功的案例之一。

  

 

  制备CVD金刚石膜是采用化学气象沉积法制造;双面抛光后,颜色呈透明色,常规尺寸直径可达120mm以上,厚度为1mm时,透光率可达60%以上。金刚石作为典型的多功能材料,具有高热导率、高折射率、抗辐射、化学惰性、优异的电学及力学性能,特别适用于的8~12μm长波红外波段的光学窗口材料。

  在所有的红外光学材料中,CVD金刚石膜是唯一一种结合了透光性、热冲击性并对雨滴和固体粒子冲击以及化学腐蚀具有高度耐久性的材料。更为重要的是,金刚石极低的热膨胀系数和高热导率使金刚石具有优良的抗热振性能,在高温环境下保持良好的光学性能,使其成为苛刻环境下服役的最佳红外光学窗口材料。

  应用:大功率激光器和探测器窗口材料、光学透镜保护膜、辐射探测器、导弹雷达罩等。

  

关键字:中国研磨网
[责任编辑:woody]
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