專利名稱：用于生產(chǎn)具有高折射指數(shù)的光學(xué)層的蒸汽沉積材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高折射指數(shù)的光學(xué)層的生產(chǎn)中的蒸汽沉積材料，它包括二氧化鈦(titanium oxide)與氧化鐿的混合物。
光學(xué)組件通常提供有薄涂層，它為了表面保護(hù)目的被施涂或?yàn)榱双@得某些光學(xué)性質(zhì)被施涂。
這一類型的這些光學(xué)組件包括，例如，光學(xué)透鏡，柔性焦距透鏡組，照相機(jī)的透鏡，雙目望遠(yuǎn)鏡或?qū)τ谄渌鈱W(xué)儀器，光束分離器，棱鏡，反光鏡，窗戶窗格玻璃等等。
這些涂層能夠首先通過(guò)硬化和/或提高耐化學(xué)性而用于表面的處理，以便減少或防止由機(jī)械、化學(xué)品或環(huán)境影響引起的損害作用，而且常常還用于實(shí)現(xiàn)減低的反射率，這對(duì)于柔性焦距透鏡組和攝影鏡頭尤其是這種情況。通過(guò)選擇合適的涂料，不同層厚度以及包括(若合適的話)具有不同折射指數(shù)的不同材料的單層-或多層結(jié)構(gòu)，有可能實(shí)現(xiàn)在整個(gè)可見(jiàn)輻射譜中反射率的減少幅度低于1％。用這種方法，也能夠生產(chǎn)出干涉鏡，光束分離器，起偏振鏡，濾熱器或冷光鏡。
為了生產(chǎn)上述涂層，各種的，尤其氧化物材料是已知的，例如，SiO2，TiO2，ZrO2，MgO，Al2O3，而且包括氟化物，如MgF2，以及這些物質(zhì)的混合物。
涂料在這里根據(jù)目標(biāo)光學(xué)性質(zhì)和根據(jù)材料的加工性能來(lái)選擇。
光學(xué)基材的涂敷通常通過(guò)使用高真空蒸汽沉積方法來(lái)進(jìn)行。在這一方法中，首先將基材和含有蒸汽沉積物質(zhì)的燒瓶放置于合適的高真空蒸汽沉積裝置中，該裝置隨后被抽空，和該蒸汽沉積物質(zhì)通過(guò)加熱和/或電子束轟擊而蒸發(fā)，其中蒸汽沉積材料以薄層形式沉淀在基材表面上。相應(yīng)的裝置和方法是普通的先有技術(shù)。
適合于高折射指數(shù)(即具有2或2以上的折射指數(shù))的層的生產(chǎn)中的起始原料的選擇是相對(duì)受限的。在這里合適的基本上是鈦，鋯，鉿和鉭的氧化物和它們的混合氧化物。最常常使用的是二氧化鈦。從其生產(chǎn)的層在約380nm到5μm的可見(jiàn)和近紅外光譜范圍中是透明的，并且與起始原料一樣，沒(méi)有明顯的吸收。用二氧化鈦在約500nm的波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)的折射指數(shù)是約2.4。然而，在紫外線輻射中觀察到吸收。
尤其對(duì)于純鈦(IV)氧化物，也會(huì)遇到風(fēng)險(xiǎn)在蒸發(fā)過(guò)程中發(fā)生氧的損失，引起了亞化學(xué)計(jì)量的二氧化鈦層的沉積和因此導(dǎo)致形成在可見(jiàn)光譜區(qū)有吸收的層。這能夠在蒸發(fā)過(guò)程中通過(guò)合適的措施來(lái)防止，例如氧殘余壓力的形成，或另外通過(guò)某些物質(zhì)的添加，例如根據(jù)德國(guó)專利12 28 489，通過(guò)稀土元素族的元素或氧化物的添加來(lái)防止。在這里尤其提及二氧化鈦與鐠和/或氧化鐠的混合物或二氧化鈦與鈰和/或二氧化鈰的混合物。二氧化鈦與氧化鐿的混合物還沒(méi)有描述。
然而，這些已知混合物的相對(duì)無(wú)吸收只限于可見(jiàn)光譜區(qū)。相反，德國(guó)專利12 28 489未提到該紫外線或近紅外光譜區(qū)。
純氧化物的附加缺點(diǎn)在于它們一般具有高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，它們另外也是致密的。然而由于加工方面的理由，建議在主要的蒸發(fā)開(kāi)始之前讓蒸汽沉積材料完全地熔化。僅僅以這一方式有可能獲得均勻的和足夠的蒸發(fā)速度，這是均勻厚度的均勻?qū)拥男纬伤枰?。然而在常?jiàn)的工作條件，熔化是困難的，尤其對(duì)于鋯和鉿的氧化物而言，以及對(duì)于鈦/鋯混合氧化物而言。
所形成的層常常是光學(xué)不均勻的和，對(duì)于通常的多重應(yīng)用而言，導(dǎo)致在折射指數(shù)的可再現(xiàn)性上遇到困難。
因此之故，希望降低金屬氧化物的熔點(diǎn)和還尤其用于折射指數(shù)的特定變化的材料也被添加到純金屬氧化物中。然而，這些材料應(yīng)該進(jìn)行選擇，這樣在所形成的層中在可見(jiàn)光譜區(qū)中不會(huì)有顯著的吸收。
然而，已證明不利的是，上述金屬氧化物的混合物隨熔點(diǎn)降低添加劑不均勻地蒸發(fā)，即在蒸發(fā)過(guò)程中它們改變自身的組成和所沉積的層的組成也會(huì)相應(yīng)地改變。
為了解決這一問(wèn)題，已提出了混合氧化物，例如La2Ti2O7。然而，這些在蒸發(fā)過(guò)程中放出氧，與鈦(IV)氧化物相似，導(dǎo)致了沉積層的亞化學(xué)計(jì)量的組成和因此導(dǎo)致了吸附現(xiàn)象。
除了適合于高折射指數(shù)的層的生產(chǎn)的早已提及的金屬氧化物之外，其它出版物也早已提到稀土金屬的氧化物。
因此，例如，氧化鐠和二氧化鈦(titanium dioxide)的混合物是已知的。這些在低于400nm的光譜區(qū)中具有強(qiáng)吸收和由于鐠離子的吸收而在可見(jiàn)光譜區(qū)中具有弱吸收。
氧化鑭和二氧化鈦的混合物也早已被人多次提出，例如在DE 4208 811和在DE 100 65 647中。然而，氧化鑭包含會(huì)導(dǎo)致了在用其生產(chǎn)的層中提高了的對(duì)水分的敏感性。另外，鑭的天然放射性同位素會(huì)由于它的放射性輻射而損害敏感光學(xué)組件。
US4,794,6O7描述了氧化釓層與氧化鋁層的交替使用，用作光學(xué)放大器的抗反射涂層。這一材料的研究已表明，取決于施涂方法，具有1.75或1.80的折射指數(shù)的均質(zhì)層能夠通過(guò)用氧化釓的汽相淀積法來(lái)獲得(K.Truszkowska，C.Wesolowska，“Optical properties ofevaporated gadolinium oxide films in the region 0.2-5μm”，Thin Solid Films(1976)，34(2)，391-4)。
所生產(chǎn)的層因此遠(yuǎn)離2或2以上的靶折射指數(shù)。
DE-A 3335557公開(kāi)了使用二氧化鈦和氧化鐿的交替層或氧化鋁和氧化鐿的層序列來(lái)生產(chǎn)在光學(xué)透鏡上的抗反射涂層。
已知的是，氧化鐿能夠達(dá)到從1.75到1.9的折射指數(shù)，取決于所施涂的層的厚度和取決于該施涂方法。這些折射指數(shù)同樣地不在該高折射指數(shù)范圍內(nèi)。
也已知的是二氧化鈦與氧化鏑和/或氧化鐿的混合物，但這些，根據(jù)WO95/05670，被施涂于光生伏打電池上，以便以溶膠/凝膠方法生產(chǎn)半導(dǎo)電的金屬氧化物層。
對(duì)于所生產(chǎn)的層的能實(shí)現(xiàn)的折射指數(shù)沒(méi)有相關(guān)信息。
JP-A-03-129301公開(kāi)了具有抗反射性能的多層薄膜，它在高折射指數(shù)的層中包括二氧化鈦，氧化鐿或它們的混合物。然而，沒(méi)有提及二氧化鈦和氧化鐿的混合物的例子和能夠用它達(dá)到的折射指數(shù)。
DE-A 196 07 833已經(jīng)描述了TiOx的燒結(jié)的蒸汽沉積混合物，其中x＝1.4到1.8，它可以包括0.1-10wt％的氧化鐿以使由這一材料組成的模制品具有機(jī)械穩(wěn)定作用。穩(wěn)定劑的添加不必?fù)p害TiOx層的光學(xué)性質(zhì)。然而，沒(méi)有描述二氧化鈦和氧化鐿的混合物的實(shí)例。能夠用它達(dá)到的折射指數(shù)是未知的。穩(wěn)定劑的添加對(duì)于能夠用它達(dá)到的層的物理性能的影響同樣地未加描述。
本發(fā)明的目的是提供用于具有至少2.0的高折射指數(shù)的層的生產(chǎn)中的蒸汽沉積材料，它具有高耐久性，對(duì)水分、酸和堿不敏感，具有低放射性，在寬的光譜范圍中是透明的和不吸收的，在熔化和蒸發(fā)過(guò)程中不改變它的最初組成，而且它適合于具有相同性能的高折射指數(shù)的層的生產(chǎn)。
這一目的根據(jù)本發(fā)明可通過(guò)用于高折射指數(shù)的光學(xué)層的生產(chǎn)中的蒸汽沉積材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，該材料包括按照4∶1到1∶4的摩爾比率的二氧化鈦和氧化鐿。
根據(jù)本發(fā)明的目的也可通過(guò)用于高折射指數(shù)的光學(xué)層的生產(chǎn)中的蒸汽沉積材料的制備方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中二氧化鈦與氧化鐿按照4∶1到1∶4的摩爾比率進(jìn)行混合，混合物被壓縮或懸浮，成型和隨后燒結(jié)。
本發(fā)明另外涉及包括按4∶1到1∶4的摩爾比率的二氧化鈦和氧化鐿的蒸汽沉積材料在高折射指數(shù)的光學(xué)層的生產(chǎn)中的使用。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，蒸汽沉積材料包括按4∶1到1∶4的摩爾比率的二氧化鈦和氧化鐿(Yb2O3)。
該材料優(yōu)選以2.6∶1到1∶1.3的摩爾比率存在。
在另外的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料可以另外包括氧化釓(Gd2O3)和/或氧化鏑(Dy2O3)。如果氧化鐿、氧化釓和/或氧化鏑的摩爾比例的總和不超過(guò)80mol％則是理想的。如果使用氧化鐿，氧化釓和/或氧化鏑的這一混合物，則各物質(zhì)的相對(duì)比例本身不是關(guān)鍵的。它能夠設(shè)定在寬的比率中并且對(duì)于二元混合物是按99∶1到1∶99的比率和對(duì)于三元混合物是按1∶1∶98到1∶98∶1到98∶1∶1的比例。
如果考慮能夠通過(guò)用各組分的涂敷所能夠達(dá)到的折射指數(shù)，這些對(duì)于用二氧化鈦的涂敷的情況是約2.3到2.4，同時(shí)，正如早已提及的，用純氧化鐿層能夠達(dá)到約1.75到1.9的折射指數(shù)。
一般說(shuō)來(lái)，具有在兩種個(gè)體價(jià)值之間的折射指數(shù)的層，取決于該組分的摩爾比例，能夠用雙組分的混合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。較高摩爾比例的具有相當(dāng)?shù)驼凵渲笖?shù)的組分因此會(huì)導(dǎo)致混合物的折射指數(shù)更接近于低折射指數(shù)的組分的折射指數(shù)，而不接近于較高折射指數(shù)的組分的折射指數(shù)。
因此令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，包括按上述比例的二氧化鈦和氧化鐿的混合物能夠生產(chǎn)出某些涂層，后者的折射指數(shù)顯著地高于所預(yù)期的混合值和尤其接近于純二氧化鈦的折射指數(shù)。具體地說(shuō)，能夠用這些混合物生產(chǎn)具有顯著高于2.0即在約2.20到約2.30范圍內(nèi)的折射指數(shù)的層。在各情況下想望的所確定的折射指數(shù)能夠利用氧化鐿的摩爾比例來(lái)具體地設(shè)定在這一范圍內(nèi)。較高比例的這一組分會(huì)導(dǎo)致所獲得的折射指數(shù)的輕微降低。
如果，代替純氧化鐿，使用氧化鐿與氧化釓和/或氧化鏑的混合物，這些物質(zhì)在上述混合物中的相對(duì)比例相反不會(huì)對(duì)能夠用含有二氧化鈦的總混合物獲得的折射指數(shù)有重要影響，因?yàn)檠趸O，氧化釓和氧化鏑的折射指數(shù)彼此沒(méi)有很大的差別。
此外，理想地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料均勻地蒸發(fā)，即它們的組成在蒸發(fā)過(guò)程中保持幾乎無(wú)變化。不管僅僅氧化鐿還是氧化鐿與氧化釓和/或氧化鏑的混合物被添加到二氧化鈦中，這都是如此。以這一方法，能夠生產(chǎn)具有n≥2.0，尤其n≥2.20的穩(wěn)定的高折射指數(shù)的均質(zhì)層。
另外，所獲得的光學(xué)層在寬的光譜范圍內(nèi)，即約380nm到5μm，具有高透明度。尤其，在可見(jiàn)和近紅外光譜區(qū)中能夠?qū)崿F(xiàn)完全透明度。
與現(xiàn)有技術(shù)中已知用于高折射指數(shù)的層的生產(chǎn)中的蒸汽沉積材料相比，從根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料生產(chǎn)的層具有改進(jìn)的耐久性。這在潮濕-溫暖環(huán)境中尤其是這種情況，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料不傾向于吸收水分。這一性能證明早在蒸汽沉積材料的制備過(guò)程中是非常有利的，因?yàn)橛糜谠摶旌衔锏奶幹煤瓦M(jìn)一步加工的特殊措施是不必要的。然而，在合適的基材上沉積之后所形成的高折射指數(shù)的層在潮濕-溫暖環(huán)境中也是特別穩(wěn)定的。改進(jìn)的對(duì)酸和堿的耐久性能夠同樣地觀察到。
本發(fā)明的蒸汽沉積材料的附加優(yōu)點(diǎn)在于所使用的物質(zhì)不具有放射性同位素。蒸汽沉積材料本身或用其生產(chǎn)的層因此都不發(fā)出放射線，意味著安全措施是不必要的并且預(yù)計(jì)在這方面對(duì)于與該層接觸的光學(xué)組件或檢測(cè)器沒(méi)有損壞。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中，用于高折射指數(shù)的光學(xué)層的生產(chǎn)中的蒸汽沉積材料包括二氧化鈦，鈦和氧化鐿(Yb2O3)，其中二氧化鈦與氧化鐿的摩爾比率是4∶1到1∶4，但優(yōu)選是2.6∶1到1∶1.3。這里同樣地，能夠使用氧化鐿，氧化釓和/或氧化鏑的混合物，代替純氧化鐿。
由于金屬鈦的添加，在這種情況下設(shè)定該混合物就氧而言的亞化學(xué)計(jì)量的比率。在混合物的熔化和蒸發(fā)過(guò)程中氧的釋放因此得以避免。這也會(huì)改進(jìn)蒸汽沉積材料的處置，因?yàn)樵谌刍驼舭l(fā)過(guò)程中常常發(fā)生的噴濺能夠得到預(yù)防。以這一方法，混合物達(dá)到特別穩(wěn)定的組成，在整個(gè)后續(xù)加工中都不改變。
對(duì)于使用氧化鐿、氧化釓和/或氧化鏑的混合物的情況，各物質(zhì)在混合物中的摩爾比例能夠在混合物的摩爾比例之內(nèi)，對(duì)于二元混合物在99∶1到1∶99的比率中和對(duì)于三元混合物在1∶1∶98到1∶98∶1到98∶1∶1的比率中發(fā)生變化。
二氧化鈦，鈦和氧化鐿的混合物已證明是特別理想的。
就重量份而言，理想地設(shè)定下列比率50-92重量份的氧化鐿，7-42重量份的二氧化鈦和0-8重量份的鈦，基于混合物的總重量。
優(yōu)選的是使用67-76重量份的氧化鐿，15-27重量份的二氧化鈦和2-5重量份的鈦，基于混合物的總重量。
對(duì)用該材料獲得的光學(xué)層的能實(shí)現(xiàn)的折射指數(shù)，金屬鈦的添加沒(méi)有不利的影響。這里同樣地，能夠達(dá)到大于2.0和尤其2.20到2.30的折射指數(shù)。
以上對(duì)于沒(méi)有添加鈦的本發(fā)明蒸汽沉積材料早已描述的全部?jī)?yōu)點(diǎn)也適用于除了二氧化鈦和氧化鐿之外還包括金屬鈦的混合物。
這意味著混合物能夠很好地加工，并用它能夠獲得具有穩(wěn)定的高折射指數(shù)的均質(zhì)層，后者在寬的光譜范圍中是不吸收的和透明的和另外在潮濕-溫暖環(huán)境中是穩(wěn)定的并不發(fā)出放射性輻射。
根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料是通過(guò)一種方法制備的，其中二氧化鈦與氧化鐿按照4∶1到1∶4的摩爾比率混合，混合物被壓縮或懸浮，成型和隨后燒結(jié)。
二氧化鈦和氧化鐿理想地按照2.6∶1到1∶1.3的摩爾比率彼此徹底混合。
代替純氧化鐿，還可以使用氧化鐿與氧化釓和/或氧化鏑的混合物。
混合物利用本身已知的合適壓縮措施來(lái)壓縮和成型。然而，也有可能在合適的載體中制備混合組分的懸浮液，它被成型和隨后干燥。合適的載體是，例如，水，如果需要，可以在其中添加粘結(jié)劑如聚乙烯醇，甲基纖維素或聚乙二醇，和，如果需要，添加助劑，例如潤(rùn)濕劑或防沫劑。在懸浮操作之后是成型。在這種情況下，各種已知的技術(shù)，如擠出、注塑或噴霧干燥，都能使用。所獲得的成型體進(jìn)行干燥和脫除粘結(jié)劑(例如通過(guò)燒除)。這是為了混合物的更好處置和計(jì)量來(lái)進(jìn)行的?；旌衔锼D(zhuǎn)化成的成型體因此沒(méi)有限制。合適的成型體是促進(jìn)簡(jiǎn)單處置和良好計(jì)量的全部那些成型體，它們?cè)诓捎酶鶕?jù)本發(fā)明蒸汽沉積材料的基材的連續(xù)涂敷中和在為此目的所需的補(bǔ)給過(guò)程(replenishment process)中起著特殊作用。優(yōu)選的成型體因此是各種片狀成型體，丸，盤形，截頭圓錐體，晶粒或微粒，棒條體或珠粒。
成型的混合物隨后燒結(jié)。在這里的燒結(jié)過(guò)程能夠在各種條件下進(jìn)行。例如，燒結(jié)能夠在空氣中在1200-1600℃的溫度下，在惰性氣體例如氬氣中在1200-1600℃的溫度下，或在減壓下在1300-1700℃的溫度下和低于1Pa的剩余壓力下來(lái)進(jìn)行。在這里理想的是燒結(jié)過(guò)程，正如另外一般所常見(jiàn)的，不一定在減壓下進(jìn)行。這同時(shí)減少設(shè)備復(fù)雜性又節(jié)省時(shí)間。
所形成的成型的燒結(jié)產(chǎn)品在貯存、運(yùn)輸和引入到蒸發(fā)裝置中的過(guò)程中保持了它們的形狀，并且在整個(gè)后續(xù)的熔化和蒸發(fā)過(guò)程中在它們的組成上是穩(wěn)定的。
然而，如果二氧化鈦與鈦和氧化鐿按照4∶1到1∶4的二氧化鈦與氧化鐿摩爾比率來(lái)混合，壓縮或懸浮，成型和隨后燒結(jié)，則能夠獲得特別穩(wěn)定的蒸汽沉積材料。這里同樣地，能夠使用氧化鐿與氧化釓和/或氧化鏑的混合物，代替純氧化鐿。
進(jìn)而特別理想的是2.6∶1到1∶1.3的二氧化鈦與氧化鐿的摩爾混合比率。
考慮到模制品的性質(zhì)和燒結(jié)條件，對(duì)于沒(méi)有添加金屬鈦的本發(fā)明蒸汽沉積材料所述的細(xì)節(jié)不作改變。
在混合過(guò)程中，優(yōu)選設(shè)定下列重量比50-92重量份的氧化鐿，7-42重量份的二氧化鈦和0-8重量份的鈦，基于混合物的總重量。特別優(yōu)選的是包括67-76重量份的氧化鐿，15-27重量份的二氧化鈦和2-5重量份的鈦的混合物的制備，基于混合物的總重量。
當(dāng)維持上述混合比時(shí)，氧化鐿、二氧化鈦和鈦的混合物被證明是特別理想的。
在燒結(jié)和冷卻之后，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料即可用于具有n≥2.0，尤其n≥2.20的折射指數(shù)的高折射指數(shù)光學(xué)層的生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料能夠用于涂敷所有合適基材，尤其窗格玻璃，棱鏡，片，成型基材如光學(xué)透鏡、柔性焦距透鏡組和攝影鏡頭等等，它們能夠由已知的合適材料如各種玻璃或塑料組成?？紤]到所要涂敷的基材的性質(zhì)，尺寸，形狀，材料和表面質(zhì)量，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料的使用因此根本不受任何限制，只要基材能夠被引入到真空裝置中和在主要的溫度和壓力條件下保持穩(wěn)定就行。然而，為了提高所施涂的層的密度，已證明理想的是在涂敷操作之前和過(guò)程中加熱該基材，因此蒸汽沉積材料接觸到預(yù)熱基材。取決于所使用的基材的性質(zhì)，它們被加熱到至多300℃的溫度。然而，這一措施本身是已知的。
所使用的蒸汽沉積過(guò)程通常是高真空的蒸汽沉積過(guò)程，其中在合適燒瓶(它已知為蒸發(fā)坩鍋或蒸發(fā)舟皿)中的蒸汽沉積材料與所要涂敷的基材一起被引入到真空裝置中。
該裝置隨后被抽空，并且該蒸汽沉積材料通過(guò)加熱和/或電子束轟擊來(lái)引起蒸發(fā)。該蒸汽沉積材料是以薄層形式沉淀在基材上。
在蒸發(fā)過(guò)程中，理想地添加氧以便確保各層的完全氧化。為了改進(jìn)所施涂的層對(duì)于尤其未受熱的基材的粘合性，該基材能夠在涂敷操作中進(jìn)行離子轟擊(離子輔助的沉積，等離子體輔助的沉積)。
一般說(shuō)來(lái)，多個(gè)層，有利地具有交替的高(n≥1.80)和低(n≤1.80)折射指數(shù)，交替地一個(gè)在另一個(gè)之上地沉積。以這一方式，形成了多層排列，它能夠提供用其涂敷的基材，具有尤其大大降低的反射率。然而，在光學(xué)基材上這一類型的多層排列在一段時(shí)間以來(lái)本身是已知的并且廣泛地使用。
根據(jù)本發(fā)明的蒸汽沉積材料可用于在合適基材上生產(chǎn)粘附的高折射指數(shù)的光學(xué)層，后者在寬的光譜范圍中是非吸收的，是透明和均勻的，具有尤其n≥2.20的高折射指數(shù)，在潮濕-溫暖環(huán)境中是穩(wěn)定的和對(duì)酸和堿是穩(wěn)定的以及不發(fā)出放射性輻射。
本發(fā)明在下面利用多個(gè)實(shí)施例來(lái)解釋，但本發(fā)明不限于實(shí)施例。
實(shí)施例1Yb2O3和TiO2的混合物83重量份的Yb2O3和17重量份的二氧化鈦彼此徹底混合和隨后成形為片。這些在空氣中在大約1500℃下鍛燒4小時(shí)。該片隨后被引入到具有電子束蒸發(fā)器的蒸汽沉積設(shè)備中，例如Leybold L560型，并在約1900℃的溫度和2×10-2Pa的壓力下蒸發(fā)。在位于該裝置中的作為基材的石英玻璃上沉積薄層，它在汽相沉積之前已加熱至約300℃。這一層的厚度被設(shè)定至約340nm。在冷卻和從蒸發(fā)裝置中取出之后，使用分光光度計(jì)測(cè)量有涂層的玻璃的透射和反射光譜。層的折射指數(shù)從該譜測(cè)定。獲得均質(zhì)層，它在500nm的波長(zhǎng)下具有2.24的折射指數(shù)。
該層在400nm到約5μm的光譜范圍內(nèi)是透明的并且在這一范圍中沒(méi)有吸收。該層在潮濕-溫暖氣氛中，例如在80％相對(duì)大氣濕度和50℃下是耐久的，并且耐酸和堿和具有良好的硬度和粘合強(qiáng)度。
實(shí)施例2Yb2O3、TiO2和Ti72重量份的Yb2O3、25重量份的二氧化鈦和3重量份的鈦彼此徹底混合和隨后成形為片。這些在減壓下在大約1600℃和1×10-1Pa的壓力下鍛燒4小時(shí)。該片在實(shí)施例1中所述的條件下在Leybold L560蒸汽沉積裝置中蒸發(fā)。在熔化和蒸發(fā)過(guò)程中沒(méi)有觀察到氧的釋放(噴濺)。獲得均質(zhì)層，它在500nm的波長(zhǎng)下具有2.22的折射指數(shù)。該層在400nm到約5μm的光譜范圍內(nèi)是透明的并且在這一范圍中沒(méi)有吸收。該層在潮濕-溫暖氣氛中是耐久的，并且耐酸和堿和具有良好的硬度和粘合強(qiáng)度。
實(shí)施例3Yb2O3、Gd2O3和TiO2的混合物43重量份的Yb2O3，40重量份的Gd2O3和17重量份的二氧化鈦彼此徹底混合和隨后成形為片。這些在空氣中在大約1500℃下鍛燒4小時(shí)。該片在實(shí)施例1中所述的條件下在Leybold L560蒸汽沉積裝置中蒸發(fā)。獲得均質(zhì)層，它在500nm的波長(zhǎng)下具有2.20的折射指數(shù)。該層在400nm到約5μm的光譜范圍內(nèi)是透明的并且在這一范圍中沒(méi)有吸收。該層在潮濕-溫暖氣氛中是耐久的，并且耐酸和堿和具有良好的硬度和粘合強(qiáng)度。
實(shí)施例4Yb2O3、Gd2O3、TiO2和Ti的混合物48重量份的Yb2O3，24重量份的Gd2O3，25重量份的二氧化鈦和3重量份的鈦彼此徹底混合和隨后成形為片。這些在減壓下在大約1600℃和1×10-1Pa的壓力下鍛燒6小時(shí)。該片在實(shí)施例1中所述的條件下在Leybold L560蒸汽沉積裝置中蒸發(fā)。在熔化和蒸發(fā)過(guò)程中沒(méi)有觀察到氧的釋放(噴濺)。獲得均質(zhì)層，它在500nm的波長(zhǎng)下具有2.21的折射指數(shù)。該層在400nm到約5μm的光譜范圍內(nèi)是透明的并且在這一范圍中沒(méi)有吸收。該層在潮濕-溫暖氣氛中是耐久的，并且耐酸和堿和具有良好的硬度和粘合強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.用于高折射指數(shù)的光學(xué)層的生產(chǎn)中的蒸汽沉積材料，該材料包括按照4∶1到1∶4的摩爾比率的二氧化鈦和氧化鐿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽沉積材料，它包括二氧化鈦和氧化鐿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的蒸汽沉積材料，包括按照2.6∶1到1∶1.3的摩爾比率的二氧化鈦和氧化鐿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中之一的蒸汽沉積材料，它另外包括氧化釓和/或氧化鏑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的蒸汽沉積材料，其中氧化鐿、氧化釓和/或氧化鏑的摩爾比例的總和不超過(guò)80mol％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中之一的蒸汽沉積材料，它包括二氧化鈦、鈦和氧化鐿。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中一項(xiàng)的蒸汽沉積材料，它包括50-92重量份的氧化鐿，7-42重量份的二氧化鈦和0-8重量份的鈦，基于混合物的總重量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的蒸汽沉積材料，它包括67-76重量份的氧化鐿，15-27重量份的二氧化鈦和2-5重量份的鈦，基于混合物的總重量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽沉積材料的制備方法，其中二氧化鈦與氧化鐿按照4∶1到1∶4的摩爾比率混合，該混合物被壓縮或懸浮，成型和隨后燒結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中二氧化鈦與氧化鐿混合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中另外添加氧化釓和/或氧化鏑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中氧化鐿、氧化釓和/或氧化鏑的摩爾比例的總和不超過(guò)80mol％。
13.根據(jù)權(quán)利要求9到12中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中燒結(jié)是在有空氣流入的情況下進(jìn)行的。
14.根據(jù)權(quán)利要求9到12中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中燒結(jié)是在減壓下進(jìn)行的。
15.根據(jù)權(quán)利要求9到12中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中燒結(jié)是在惰性氣體下進(jìn)行的。
16.根據(jù)權(quán)利要求9到15中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其中混合物被成型為片，窗格形，丸，截頭圓錐體，晶粒，微粒，棒條體或珠粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到8中一項(xiàng)或多項(xiàng)的蒸汽沉積材料用于高折射指數(shù)的光學(xué)層的生產(chǎn)中的用途。
18.具有n≥2.0的折射指數(shù)的高折射指數(shù)光學(xué)層，它包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中一項(xiàng)或多項(xiàng)的蒸汽沉積材料。
19.包括折射指數(shù)n≥2.0的高折射指數(shù)的至少一個(gè)光學(xué)層的多層光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)層包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中一項(xiàng)或多項(xiàng)的蒸汽沉積材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)高折射指數(shù)的光學(xué)層的蒸發(fā)材料，該材料包括按照4∶1到1∶4的摩爾比率的二氧化鈦和氧化鐿。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)它的方法和它的用途。
文檔編號(hào)C23C14/08GK1751001SQ200480004721
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
發(fā)明者M·弗里茲, R·多姆布羅斯克, U·安瑟斯 申請(qǐng)人:默克專利股份有限公司