濾光片的耐磨性

暴露的表面上的薄膜，如在透鏡上鍍減反射膜，可能要求隨時(shí)都要保持清潔。在用抹布或者鏡頭紙等材料進(jìn)行清潔時(shí)，通常包括某種摩擦。透鏡的表面常常會(huì)有灰塵或者顆粒，在摩擦處理前不可能將其移除。這種處理方**引起磨損，重要的是暴露表面要盡可能高的耐磨性。關(guān)于耐磨性的優(yōu)良測(cè)量方法是不容易建立的，因?yàn)楹茈y用優(yōu)良的語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行定義。所采用的方法是在受控條件下將會(huì)產(chǎn)生磨損，這類似于在實(shí)際操作中所造成的的磨損一樣，并且這種磨損會(huì)非常嚴(yán)重。薄膜所能承受的這種處理的程度在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)其性能具有指導(dǎo)作用。英國(guó)Sira研究所（前身為英國(guó)科學(xué)儀器研究協(xié)會(huì))就標(biāo)準(zhǔn)化這種測(cè)試并進(jìn)行了大量的研究。他們的方法包括利用橡膠制成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)墊，其中裝有金剛粉。利用**的負(fù)載，該標(biāo)準(zhǔn)墊沿表面拉伸，通常對(duì)5lb/in²(1lb/in²=7.03070×10²kg/m²)的負(fù)載拉伸次數(shù)為20次。這種工作直接用于評(píng)價(jià)在可見(jiàn)光波段應(yīng)用于的單層氟化鎂減反膜的性能。在上述給定的正常測(cè)試條件下，這種足夠牢固的膜層并沒(méi)有被損壞的跡象。然而他們發(fā)現(xiàn)耐磨性不僅與鍍膜材料有關(guān)，而且與膜層厚度也有關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，多層膜比單層膜更容易損壞，因此很有必要為每一種類型的薄膜建立一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。

美國(guó)**指標(biāo)MIL-E-12397B，可追溯到1954年，直到現(xiàn)在仍在采用。這一指標(biāo)詳述了一個(gè)在測(cè)試薄膜光學(xué)元件時(shí)所用到的浮石研磨材料構(gòu)成的擦除器。這種擦除器在許多包括磨損測(cè)試的美國(guó)**指標(biāo)中用到。一個(gè)重要的指標(biāo)是MIL-C-675C，這一指標(biāo)嚴(yán)格地應(yīng)用于單層氟化鎂減反膜，但也被作為寬波段光學(xué)薄膜的標(biāo)準(zhǔn)。盡管這是一個(gè)嚴(yán)格的**標(biāo)準(zhǔn)，但它經(jīng)常用在光學(xué)薄膜中。

來(lái)自不同批次的研磨墊很難達(dá)到完全相同的研磨性能。利用可能包含或者不包含研磨顆粒的襯墊進(jìn)行類似的測(cè)試，該方法被廣泛使用。利用粗糙的布甚至是鋼絲絨進(jìn)行類似的測(cè)試也是常見(jiàn)的。

可惜的是，通常這樣的測(cè)試不能形成一種實(shí)際的耐磨性測(cè)量方法，只是僅僅能夠決定一個(gè)給定的薄膜是否合格。因此，Holland和vanDam對(duì)一些更好地裝置進(jìn)行了研究。他們的測(cè)試所依據(jù)的原理是耐磨性的測(cè)量必須對(duì)薄膜有實(shí)際的損壞。損壞測(cè)試可以被認(rèn)為是耐磨性測(cè)量。他們的方法是讓薄膜受磨損作用的影響，這種作用在薄膜表面會(huì)隨其強(qiáng)度發(fā)生變化，并且在其*強(qiáng)點(diǎn)可以完全移除薄膜。摩擦過(guò)程一停止，就會(huì)發(fā)現(xiàn)薄膜被完全移除的點(diǎn)。當(dāng)然，這種方法仍然是相對(duì)的，因?yàn)閷?duì)于每一個(gè)薄膜組合必須建立不同的標(biāo)準(zhǔn)。但是，這種方法允許比較相似的薄膜的耐磨性測(cè)量，而先前的方法則是不能實(shí)現(xiàn)的。儀器裝置如圖1所示，它包括一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)臂，其裝載著一個(gè)直徑為0.25in（1in=2.54cm）的Sira型研磨墊，負(fù)載為5.5lb(1lb=0.453592kg)。在測(cè)試中，研磨墊每沖擊三次，裝有測(cè)試樣品的夾具近似旋轉(zhuǎn)一次。研磨墊在樣品的表面勾畫(huà)出一系列的螺旋線，通過(guò)設(shè)計(jì)使研磨區(qū)域的直徑大概為1.25in。研磨采用從圓內(nèi)到圓外強(qiáng)度逐漸降低的方式，并且當(dāng)中心區(qū)域的膜層被完全移除而外部沒(méi)有移除的時(shí)候開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試。Holland和van Dam研究發(fā)現(xiàn)大約200次沖擊足以使氟化鎂單層膜完成這樣的測(cè)試。隨后，他們用下面的公式定義了薄膜的耐磨性，即

式中，d為圓的直徑，圓中的膜層已經(jīng)被完全移除；D為受磨損的區(qū)域的直徑，這一區(qū)域受到磨損，Holland和van Dam特別研究了可見(jiàn)光區(qū)域的單層氟化鎂減反膜這種情況，并且他們給出了不同條件下的有趣結(jié)果。

他們研究了許多不同的蒸發(fā)條件，包括入射角和基底溫度。對(duì)于典型的在綠光波段具有增透作用的氟化鎂薄膜，其耐磨性的常見(jiàn)值為2～5，這依賴于具體的淀積條件。當(dāng)基底的溫度在蒸發(fā)期間達(dá)到300℃，并且在蒸發(fā)前通過(guò)輝光放電清洗十分鐘，則可獲得*佳效果。如果溫度降低到260℃或者只有5分鐘的輝光放電清洗，則耐磨性會(huì)明顯降低。他們還發(fā)現(xiàn)通過(guò)粗絨布拋光或沉積之后在空氣中以400℃的溫度進(jìn)一步烘烤，則薄膜的耐磨性會(huì)相應(yīng)的增強(qiáng)。獲得的另一個(gè)重要結(jié)果是在薄膜淀積過(guò)程中蒸汽入射臨界角的出現(xiàn)，大于臨界角時(shí)耐磨性迅速下降。臨界角隨薄膜厚度而發(fā)生輕微的變化，但是當(dāng)厚度超過(guò)300nm時(shí)，這一角度近似為40度，并厚度的減小而增大。

看來(lái)耐磨性測(cè)試從未在指標(biāo)上達(dá)成共識(shí)。再生產(chǎn)中將其作為一種質(zhì)量控制測(cè)試是非常有用的，特別是在質(zhì)量降低到正常磨損測(cè)試水平以下之前，能夠及時(shí)檢測(cè)到質(zhì)量的降低，這樣在薄膜報(bào)廢之前可以采用相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

采用德國(guó)薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫(huà)框等。