恺瑞特中折射率CM2A(铝酸镧)的研发

恺瑞特中折射率CM2A(铝酸镧)的研发
南阳恺瑞特光电新材料有限公司（黄艺波）

摘要:当前，高稳定、低价格的光学镀膜材料是应用光学发展的迫切需求。中折射率CM2A(铝酸镧)正是适应市场，南阳恺瑞特直接采用无定形粉状氧化镧和无定形粉状三氧化二铝在多种微量添加剂和有机胶黏剂的配合下，通过技术创新借助常温化学反应能细化、均匀混合多元元粉末，再利用常压高温和真空高温环境固相合成光学性能优良的CM2A(铝酸镧)镀膜材料。用该材料气象沉积的偏光片、增透膜、分光片膜层具有折射率稳定、高透过、低吸收、低色散等优良的光学性能。
关键词: 光学镀膜材料；技术创新；  薄膜；

中折射CM2A(铝酸镧)镀膜材料光学性能稳定，膜层牢固，易于气象沉积镀膜。该膜料广泛应用于LCD投影系统的分光偏振片镀膜，同时在宽带增透镀膜中也起到非常重要的作用。
1.   CM2A(铝酸镧)的制备
1.1原材料
稀土无定形氧化物粉体La2O3 , 纯度≥99.99%, 粉体粒度5～20um。
无定形氧化物粉体Al2O3，纯度≥99.99%, 粉体粒度5～50um。
多种添加剂微量元素，如：Pr、Zr等。
1.2制备工艺
1.2.1自然反应、细化粉体、混合均匀
将上述原材料按摩尔含量比n(La2O3)：n（Al2O3）＝2.23：1，再添加适当微量元素，分别称取总量20kg的粉体材料通过震筛机混合2h，然后加入50℃ 3%聚乙烯醇胶液分布均衡后，置于搪瓷反应器皿自然反应静置24h，利用自身的化学反应能变特性细化粉体，促进多种粉体进一步混合均匀。
1.2.2成型造粒
将自然反应、细化粉体及混合均匀的再制品粉体加入50℃ 3%聚乙烯醇经过喷雾法均匀加胶，再经过10吨的油压压力成型，是生坯密度≧2.1g/cm3，取1.6～4.0的颗粒为本工序在制品。
1.2.3高温常压烧结
将成型颗粒在制品每盒20kg的装炉方式，置于常压高温炉内，经过每分钟0.5℃的升温速度，升至1300℃保温8h，再经过每分钟25℃的降温速度直至室温得到白色活性颗粒在制品。
1.2.4高温真空烧结
将白色活性在制品颗粒，按5kg一盒均匀平铺于钼制的坩埚，按照速温法真空烧结，最高温度1650℃，升温速度315℃/h，保温时间12h，降温速度360℃/h得到单一均匀的铝酸镧材料镀膜材料。
2.   CM2A(铝酸镧)性能分析
2.1密度分析
2.1.1排水物理密度
电子天平称取铝酸镧随机样品成品M (50g),采用阿基米德原理，将抽样成品置于盛水约V (50ml)的量筒中，测取排水体积V1（ml）。依此连续测量三次取平均值ρ= 3M/( V1+ V2+ V3)。数据如表1，随机样品测试值比较均匀，平均值与理论值相符合，从物理性能方面可以说明铝酸镧抽样产品性能均匀稳定。
2.1.1松装密度
电子天平称取铝酸镧随机样品成品M (100g),将抽样成品置于100ml（精度1ml）的量筒中，振动5分钟后测取体积V1（ml）。依此连续测量三次取平均值ρ= 3M/( V1+ V2+ V3)。数据如表2，每次数据相近说明选型颗粒均匀可靠。

图2—排水密度

图1—松装密度

2.2光性能测试
2.2.1单层薄膜制备及其薄膜性能
薄膜制备采用SHINCSRON生产的BIS-1300CC镀膜设备，沉积镜片为K9玻璃，沉积速度4á/s，沉积膜厚9λ/4（λ=550nm）, 重复制备薄膜三次，经过分光光度计和麦克劳德软件分析计算得到400～700nm范围内折射率变化图3和光吸收图4。
    由图3可知，制备铝酸镧膜料500nm处的折射率在1.70457～1.7162，三次最大偏差0.01163，而且经过第二次成膜之后，其折射率已经有很好的重复性。充分说明铝酸镧膜料成膜稳定性和重复性都比较好。
由图4可知，可见光400～700nm范围内吸收小于1.4×10-4，说明铝酸镧成膜光吸收小且稳定，非常有利于多层增透膜的制备。
2.2.2多层薄膜制备及薄膜性能
CM2A(铝酸镧)十分合适和氟化镁一起在接合的玻璃镜上组成分光偏振片。在折射率为1.52的玻璃棱镜上，当入射角为45度时，P的反射几乎消失了，此膜层特别适合于LCD投影系统中。膜层设计：1.52-(HL)10H-1.52(21层) L:MgF2,n=1.38  H: 铝酸镧,n=1.7，入射角为45度，设计波长为500nm，S在500nm时的反射为99.94%，P为0.005%.P在整个波段的反射小于0.01%(如图5)。

图5—多层膜

图6—多层膜

CM2A(铝酸镧)也十分适合在高折射率(n=1.625)的玻璃上镀宽带增透膜，最简单的设计是三层膜:基片(n=1.625)-1.7(λ/4)-2.1(λ/2)-1.38(λ/4)-1(λ0=510nm)反射曲线（如图6），在415到660nm的波段上反射小于0.5%。
由图5和图6可知，CM2A(铝酸镧)膜料在光学薄膜中光性能优良，并有广泛的用途。
3. 结  论
1.解决常温常压成型颗粒在制品粉化现象，充分利用粉化现象的化学能细化原材料粒度，并促使多种原材料混合更均匀。
2.通过成型颗粒的密度控制和成品密度控制，解决蒸镀熔融过快和难容的现象。
3.充分利用固相化合反应能，防止过热引起的过渡失氧和过冷导致的合成率低，出现氧化镧和氧化铝的杂项引起的薄膜光学性能。
4. CM2A(铝酸镧)膜料通过镀膜光性能测试分析，说明此材料制备的薄膜在折射率、消光系数及多层AR膜方面均表现出良好的性能及稳定性具有良好的推广应用前景。

参考文献:
（1）Friz Martin , Albrecht Detlef . 　Vapor2deposition material for the pro2  duction of high2refraction optical coating[P].UnitedStates Patent ,5 ,340 ,607 , 1994.
（2）王星明, 黄松涛, 储茂友, 段华英, 张碧田. 几种新颖的光学镀膜材料[J ] . 光学仪器, 2004 , 26 (2) : 218.

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