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1、紅外透波材料的研究發(fā)展摘要：紅外透波材料是指對紅外線透過率高的材料，是紅外技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)z—。本文介紹了兒類常用紅外透過材料的棊本性質(zhì)，簡述r其制備技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀，并討論了各自存在問題，并對紅外透波材料未來發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：紅外透波材料；玻璃；晶體；陶瓷；制備技術(shù)1引言目前，紅外技術(shù)與激光技術(shù)并駕齊驅(qū)，在軍事上占有舉足輕重的地位。紅外成像、紅外偵察、紅外跟蹤、紅外制導(dǎo)、紅外預(yù)警、紅外對抗等在現(xiàn)代和未來戰(zhàn)爭中都是很重要的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略手段。在二十世紀(jì)70年代以后，軍事紅外技術(shù)乂逐步向民用部門轉(zhuǎn)化。標(biāo)志紅外技術(shù)最新成就的紅外熱成像技術(shù)，與雷達(dá)、電視一起構(gòu)成當(dāng)代三大傳感系統(tǒng)，尤其是
2、焦平面列陣技術(shù)的采用，將使發(fā)展成可與眼睛相媲美的凝視系統(tǒng)。而紅外透波材料是紅外熱成像系統(tǒng)的光學(xué)元件的重耍材料。紅外透波材料不但要求具冇高性能、小體積，述耍造價低。高性能主要包括:結(jié)構(gòu)完整、組分均勻以免發(fā)生散射，在測量波段內(nèi)具有高紅外透射率；熱穩(wěn)定性好，透射比和折射率不應(yīng)隨溫度變化而變化；載流子壽命長，不宜潮解，耐酸堿腐蝕性好；力學(xué)性能優(yōu)良，可以承受高運(yùn)動的速壓載荷等。2紅外透波材料的特征值2.1透過率一般透過率要求在50%以上，同吋要求透過率的頻率范圍要寬。紅外透波材料的透射短波限，對于純晶體，決定于其電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶的吸收，即其禁帶寬度。透射長波限決定于聲了吸收，和晶格結(jié)
3、構(gòu)及平均原了量有關(guān)。2.2折射率和色散不同材料用途不同，對折射率的要求也不相同。對于窗口和整流罩的材料要求折射率低，以減少反射損失。對于透鏡、棱鏡、紅外光學(xué)系統(tǒng)要求盡量高的折射率。2.3發(fā)射率對紅外透波材料的發(fā)射率要求盡量低，以免增加紅外系統(tǒng)的目標(biāo)特征，特別是軍用系統(tǒng)易暴露。2.4其他和選擇具他光學(xué)材料一樣，都要注意其力學(xué)、化學(xué)、物理性質(zhì)，要求溫度穩(wěn)定性好，對水、氣穩(wěn)定，力學(xué)性質(zhì)主要有彈性模量、扭轉(zhuǎn)剛度、泊松比、拉伸強(qiáng)度和硬度。物理性質(zhì)包括熔點、熱導(dǎo)率、膨脹系數(shù)及可成型性。此外要強(qiáng)調(diào)的物性是材料的熱導(dǎo)率要高，特別是用于高速飛行器的時候。3紅外透波材料的種類3.1玻璃玻璃的光學(xué)均
4、勻性好，易于加工成型，價格便宜。缺點是透過波長較短，使用溫度低于500°Co目前研究的紅外透波玻璃材料主要有：氧化物紅外玻璃、硫系玻璃和氟化物玻璃。3.1.1氧化物玻璃普通的氧化物玻璃包描鋁酸鹽玻璃、銳酸鹽玻璃、硝酸鹽玻璃、亞硏酸鹽玻璃、稼酸鹽玻璃和銬酸鹽玻璃等。由于高溫穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如其他晶體材料好，而且氧化物玻璃存在金屬氧化物鍵的振動導(dǎo)致在3-6
5、im波段吸收中斷，不能透過波長更長的紅外輻射，因而應(yīng)用受到限制。3.1.2硫系玻璃硫系玻璃在國際上屬于另一種新型紅外光學(xué)玻璃透波材料，這種材料是以S、Se、Te為主要元素同吋加入一定量的Ge、As、Sb、Ca等元素高溫熔化，快速冷卻形
6、成的非晶態(tài)物質(zhì)。這種材料主要有幾大優(yōu)勢：（1）具有較弱的鍵強(qiáng)，特殊的電了組態(tài)，良好的近紅外至中紅外（2?15
7、im）透過性能和化學(xué)穩(wěn)定性，可以有力抵擋水和空氣腐蝕；（2）對高純度昂貴Ge原料用量少；（3）玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg大于300°C,易于在低溫下成型。其不足之處在于：影響透過的氧和氫雜質(zhì)官能團(tuán)去除困難，并且容易析出亞微米晶粒。此外，陳國榮等人在硫系玻璃中加入氮化物和鹵化物形成硫氮玻璃和硫鹵玻璃，實驗表明這些玻璃的轉(zhuǎn)變溫度、顯微硬度、斷裂韌性、斷裂能有所提高，熱膨脹系數(shù)有所降低。3.2晶體紅外透波晶體材料包括：金剛石、Ge、Si、ZnSe、ZnS、GaAs、GaP、藍(lán)寶石、Mg
8、F2.尖晶石等單晶或多晶體。人們很早就利用晶體作為紅外區(qū)域的材料。與玻璃相比，其透過長波限較長，最大可達(dá)60pm,折射率和色散范圍也比較大,而且許多晶體熔點高，硬度高，熱穩(wěn)定性好，具有獨特的雙折射性能。缺點是制備晶體生長緩慢，月?不易長成大尺寸，價格也高，因此應(yīng)用受到限制。3.2.1半導(dǎo)體晶體錯、硅單晶體是兩種常用的紅外光學(xué)材料，硅在力學(xué)性能和抗沖擊性上比錯好很多，受溫度影響也比較小，但硅的折射率高，使用時需鍍增透膜，以減少反射損失。相對而言，發(fā)展多品硅更有優(yōu)勢，因為多品硅冇以下四個優(yōu)點：一是可作適當(dāng)?shù)男螤?；二是可做成大尺寸；三是成本低；四是具有各向異性。但是多晶體物理性能不夠
9、穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度和抗震能力也較差。322離子晶體離了晶體即堿鹵化合物和堿土化合物。堿鹵化合物有LiF、NaF、NaCkKC1、KBr、KI、RbCl、RbBr、RbLCsBr、CsLMgF2等。一般來說，這類材料的熔點不高，比較容易生長較大的單晶，其退火工藝也不十分復(fù)雜，同時也比較容易實現(xiàn)光學(xué)均勻性。其屮MgF2在用于紅外窗口或整流罩吋往往采用熱壓多晶體，具有高于90%的紅外透過率，是較為滿意的紅外材料。硫化物單品體ZnS、ZnSe都是很好的紅外透過材料（ZnSe的紅外透射率如圖卩5］和圖2?
