藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的離子束輻照制備研究.pdf

1、藍(lán)寶石晶體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，主要成分是氧化鋁，其能夠耐高溫、抗磨損，具有極高的硬度和機(jī)械強(qiáng)度，其透射波段寬，覆蓋紫外、可見、紅外到微波波段?？蓮V泛應(yīng)用于耐高溫高壓器件、光學(xué)系統(tǒng)、特種窗口、耐磨損器件、紅外制導(dǎo)、導(dǎo)彈整流罩等軍事、民用、科研等高科技領(lǐng)域。但是藍(lán)寶石硬度很高，僅次于金剛石，其莫氏硬度達(dá)到9.3，現(xiàn)有的加工方法很難滿足對藍(lán)寶石的應(yīng)用需求。而低能離子束刻蝕技術(shù)作為一種新型的光學(xué)制造技術(shù)，具有刻蝕方向性好、分辨率高、加工性靈活和重復(fù)性

2、好等優(yōu)點(diǎn)，滿足藍(lán)寶石元件的加工要求。因此，本文開展了藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的離子束輻照制備研究。
　　本文采用微波回旋共振離子源，研究了Ar離子束在不同離子束能量、束流密度、入射角度、作用時間以及樣片是否旋轉(zhuǎn)的情況下，對藍(lán)寶石表面的刻蝕效果;結(jié)合低能離子束刻蝕技術(shù)的理論基礎(chǔ)，分析了不同離子束參數(shù)對刻蝕后藍(lán)寶石表面形貌、納米結(jié)構(gòu)高度、粗糙度等影響規(guī)律，所取得的主要研究成果是:
　　1)進(jìn)行制備藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時的影響因素研

3、究實(shí)驗(yàn)。利用單因素實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得了條紋狀的納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn):在樣片不旋轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)離子束入射角度為55°～75°、離子束能量為1400eV～1800eV、離子束束流為35mA～50mA、刻蝕時間在30～90min時，可以得到條紋狀的納米結(jié)構(gòu)。其納米結(jié)構(gòu)的高度分別隨離子束能量、離子束束流密度的增大而增加，有序性隨刻蝕時間的增加而上升;
　　2)進(jìn)行制備藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時的影響因素研究實(shí)驗(yàn)。利用單因素實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，

4、獲得了點(diǎn)狀的納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn):在樣片旋轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)離子束入射角度為55°～70°、離子束能量為1400eV～1800eV、離子束束流為35mA～55mA、刻蝕時間在30～90min時，可以得到點(diǎn)狀的微納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)高度分別隨離子束能量、離子束束流密度的增大而增加，有序性隨刻蝕時間的增加而上升;
　　3)在樣片不旋轉(zhuǎn)的情況下，進(jìn)行尋優(yōu)實(shí)驗(yàn)，利用四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，分析獲得了各因素對藍(lán)寶石表面結(jié)構(gòu)的影響主次為:離子束入射角度