在紅外玻璃深表面實現(xiàn)寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁屏蔽,特別是一種內(nèi)嵌式雙層金屬寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵的制作方 法。 技術(shù)背景
[0002] 隨著日益復(fù)雜的空間電磁環(huán)境,遙測遙感,醫(yī)療診斷,保密通訊,航空航天裝備等 領(lǐng)域的光學(xué)窗口存在著嚴(yán)重的電磁干擾問題,不僅有來自宇宙射線,衛(wèi)星通信,電視廣播等 外部的電磁波信號對系統(tǒng)內(nèi)部工作器件產(chǎn)生干擾,還會使得內(nèi)部的電磁信號泄露到系統(tǒng)外 部,對外界產(chǎn)生影響。由于光學(xué)窗口對電磁波的通透性,在軍事應(yīng)用上將會成為戰(zhàn)機(jī)暴露的 重要因素之一。隨著現(xiàn)代軍事要求的提高,要求光學(xué)窗口的耐磨性,以及耐熱沖擊性足夠 好,使之能夠在惡劣環(huán)境下保證電磁屏蔽效果,各強(qiáng)國都在積極探求能滿足苛刻環(huán)境適用 性要求的高性能電磁屏蔽紅外材料和技術(shù)。
[0003] 光學(xué)窗口的寬波段電磁屏蔽的解決方案主要是通過在光學(xué)窗口表面制作一層金 屬網(wǎng)柵來實現(xiàn)。
[0004] 專利93242068. 0 "電磁屏蔽玻璃"和專利200610010066. 4 "具有圓環(huán)金屬網(wǎng)柵結(jié) 構(gòu)的電磁屏蔽光學(xué)窗"是采用金屬網(wǎng)柵作為電磁屏蔽的核心結(jié)構(gòu),都是采用光刻技術(shù)或者 普通的粘合技術(shù),使得金屬結(jié)構(gòu)附著在光學(xué)窗的表面,或者將金屬網(wǎng)柵夾在兩層光學(xué)介質(zhì) 之間來實現(xiàn)的。但是這種在材料表面外部的電磁屏蔽金屬網(wǎng)柵在應(yīng)用于新型戰(zhàn)機(jī)以及新一 代超高音速系統(tǒng)上存在著牢固度,耐磨性等問題;而將金屬網(wǎng)柵夾在兩層光學(xué)介質(zhì)之間能 夠解決牢固度,耐磨性問題,但是這樣的"三明治"結(jié)構(gòu)會影響光學(xué)窗口的透光率,對新型系 統(tǒng)的成像帶來影響;且這種造價昂貴的金屬網(wǎng)柵一旦損壞,則不可修復(fù)。但是這種單一的導(dǎo) 電性良好的金屬網(wǎng)柵只能屏蔽高頻的電磁波,而對于機(jī)器系統(tǒng)電磁兼容性所需要的MHz的 電磁屏蔽則不能滿足要求。
[0005] 中國專利CN202503867公開了一種用鐵銅同軸金屬絲編織的電磁頻閉視窗的,實 現(xiàn)電磁頻閉視窗從低頻到高頻的寬頻段屏蔽。但是這種絲網(wǎng)只能采用"三明治"結(jié)構(gòu)夾在 兩層介質(zhì)中間使用,工藝復(fù)雜,并且對新型系統(tǒng)的成像帶來影響。
[0006] 美國專利US6379589B1公開了一種由鐵磁體,金屬和有機(jī)導(dǎo)電材料組成的顆粒, 該顆粒可以分布在有機(jī)膜中,這種有機(jī)膜可以實現(xiàn)低頻到高頻的寬頻寬屏蔽。但是這種顆 粒不能夠用于光窗的屏蔽,且含有顆粒的有機(jī)膜的耐磨性,耐熱性能較差,不適合苛刻環(huán)境 下使用。
[0007] 專利200710013530. 4 "利用飛秒激光實現(xiàn)玻璃表面選擇性金屬化的方法"在玻璃 上涂一層硝酸銀薄膜,利用飛秒激光輻照玻璃在其表面有選擇性地形成Ag顆粒,再利用化 學(xué)鍍銅的工藝實現(xiàn)玻璃表面激光輻照部位的金屬化。該發(fā)明公開的技術(shù)方案可用于制造內(nèi) 嵌式電磁屏蔽光窗,這種內(nèi)嵌式電磁屏蔽光窗具有結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨性好等優(yōu)點。但是該方 法需要在玻璃表面涂覆一層硝酸銀薄膜,工藝相對比較復(fù)雜;且加工速度較慢,飛秒激光掃 描速度最快只有100Um/s,對于幾百毫米量級的紅外光窗來說,存在加工周期較長,時間成 本大的缺點。
[0008] 專利201310380357. 2 "內(nèi)嵌式金屬網(wǎng)柵的電磁屏蔽光窗的制備方法"通過飛秒激 光刻蝕、熱處理以及鍍銅實現(xiàn)了內(nèi)嵌式單層金屬網(wǎng)柵的制備。該發(fā)明采用250kHz高重頻飛 秒激光,大大提高了加工速度,但是其需要對樣品進(jìn)行熱處理才能進(jìn)行后續(xù)的鍍銅,工序復(fù) 雜,且熱處理容易使得光窗的面型發(fā)生形變。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)制造內(nèi)嵌式金屬網(wǎng)柵電磁屏蔽光窗的過程需要在激光刻蝕之 后進(jìn)行熱處理,導(dǎo)致制造工藝復(fù)雜的缺點,本發(fā)明提供一種紅外玻璃深表面實現(xiàn)寬波段電 磁屏蔽網(wǎng)柵的方法,簡化了制造內(nèi)嵌式電磁屏蔽網(wǎng)柵的過程,該方法能夠在紅外光窗深表 面實現(xiàn)內(nèi)嵌式雙層金屬網(wǎng)柵,以達(dá)到寬波段電磁屏蔽的效果。本發(fā)明方法適用于遙感遙測、 醫(yī)療診斷、保密通訊、航天航空等窗口電磁屏蔽。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)解決方法如下:
[0011] 1、一種在紅外玻璃深表面實現(xiàn)寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵的方法,所述的紅外玻璃的重 量百分比組分為:
[0012] 18Ge02 _ 26Ga203-46Ba0-3. 5Al203-4Na2C03-(2. 5-x)BaCl2-XAgNO3,其中摻雜的銀離 子含量X為0. 5?2,特征在于該方法包含如下步驟:
[0013] ①飛秒激光刻蝕微結(jié)構(gòu):利用飛秒激光在摻銀離子的紅外玻璃表面掃描刻蝕,形 成電磁屏蔽網(wǎng)柵凹槽;該凹槽的線寬為5?10ym,深度為5?10ym,周期小于電磁屏蔽的 電磁波段的最小波長的二分之一;
[0014] ②鍍銅:將具有電磁屏蔽網(wǎng)柵凹槽的紅外玻璃放入化學(xué)鍍銅溶液中進(jìn)行鍍銅 0. 5?1. 5小時,在微結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)沉積一層金屬銅;
[0015] ③清洗:將在微結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)沉積一層金屬銅的紅外玻璃依次放入酒精和去離子水 中,各超聲3?5分鐘,再用去離子水沖洗2?3遍;
[0016] ④鈀活化:將完成步驟③的紅外玻璃放入鈀活化劑中,在銅表面沉積一層活化鈀, 作為后續(xù)鍍鎳的活化媒介;
[0017] ⑤清洗:將沉積一層活化鈀的紅外玻璃依次放入酒精和去離子水中各超聲3?5 分鐘,再用去離子水沖洗2?3遍;
[0018] ⑥鍍鎳:將完成步驟⑤的紅外玻璃放入化學(xué)鍍鎳溶液中進(jìn)行鍍鎳0. 5?1. 5小時, 在微結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)沉積一層金屬鎳;
[0019] ⑦清洗:將完成步驟⑥的紅外玻璃依次放入酒精和去離子水中各超聲3?5分鐘, 再用去離子水沖洗2?3遍,獲得具有寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵的紅外玻璃。
[0020] 2、按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所采用的飛秒激光的重復(fù)頻率為 1MHz,單脈沖能量為1?4yJ,聚焦物鏡的N.A.范圍為0. 15?0. 8,激光掃描速度為2? 20mm/s〇
[0021] 本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0022] 本發(fā)明簡化了現(xiàn)有技術(shù)需要在激光刻蝕之后進(jìn)行熱處理的過于復(fù)雜的技術(shù)方案, 本發(fā)明制造的寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵具有良好的低頻和高頻電磁屏蔽效能,且具有良好的牢 固度,耐磨性能。
【具體實施方式】
[0023] 下面通過實施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0024] 實施例1
[0025]采用的飛秒激光重復(fù)頻率為IMHz,單脈沖能量為I. 5yJ,聚焦物鏡為IOx(N.A.= 0. 3),激光掃描速度為2mm/s,采用的玻璃組分為:
[0026] 18Ge02-26Ga203-46Ba0-3. 5Al203-4Na2C03-l. 5BaCl2-lAgN03 (wt% )。
[0027] 在紅外玻璃表面加工出方形網(wǎng)格狀周期性凹槽,其周期為400ym,寬度為IOym, 深度為5ym,
[0028] 然后用硫酸銅化學(xué)鍍銅液進(jìn)行鍍銅1小時,在紅外玻璃表面的凹槽內(nèi)生長出了一 層金屬銅;
[0029] 對樣品進(jìn)行清洗后,將樣品放入鈀活化劑中進(jìn)行活化3分鐘;
[0030] 取出樣品后進(jìn)行清洗,再將樣品放入硫酸鎳化學(xué)鍍鎳溶液中進(jìn)行鍍鎳0. 5小時; 將樣品取出后清洗掉殘余鍍液。
[0031] 該金屬網(wǎng)柵在200MHz?IGHz的波段內(nèi)的平均電磁屏蔽效果達(dá)到-15dB,在1? 18GHz的波段內(nèi)的平均電磁屏蔽效果達(dá)到-20dB,且該網(wǎng)柵的牢固度通過了苛刻環(huán)境測試; 實施例中所使用的硫酸銅化學(xué)鍍銅液是商用的,配比為:硫酸銅l〇g/L,E:DTA2Na25g/L,氫 氧化鈉15§/1,2,2聯(lián)吡啶/10-60.1§/1,濃度為37%的甲醛20%(體積比);實施例中所使 用的鈀活化液組分配比為:硫酸鈀l〇〇ml/L,硫酸80ml/L;實施例中所使用的硫酸鎳化學(xué)鍍 鎳液配比為:硫酸鎳50ml/L,次磷酸二鈉140ml/L,商用穩(wěn)定劑5ml/L;
[0032] 實施例2至實施例10具體實施過程同實施例1,區(qū)別在于飛秒激光單脈沖能量,聚 焦物鏡,掃描速度,網(wǎng)柵周期,鍍銅時間以及鍍鎳時間有所不同。
[0033] 實施例1至實施例10的加工參數(shù)如表1所示。
[0034] 表1實現(xiàn)不同屏蔽效果的雙層金屬網(wǎng)柵加工參數(shù):
[0035]
【主權(quán)項】
1. 一種在紅外玻璃深表面實現(xiàn)寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵的方法,所述的紅外玻璃的重量百 分比組分為: 18Ge02 _ 26Ga203-46Ba0-3. 5Al203-4Na2C03-(2. 5-x)BaCl2-xAgN03,其中摻雜的銀離子含 量x為0. 5?2,特征在于該方法包含如下步驟: ① 飛秒激光刻蝕微結(jié)構(gòu):利用飛秒激光在摻銀離子的紅外玻璃表面掃描刻蝕,形成電 磁屏蔽網(wǎng)柵凹槽;該凹槽的線寬為5?10ym,深度為5?10ym,周期小于電磁屏蔽的電磁 波段的最小波長的二分之一; ② 鍍銅:將具有電磁屏蔽網(wǎng)柵凹槽的紅外玻璃放入化學(xué)鍍銅溶液中進(jìn)行鍍銅〇. 5? 1. 5小時,在微結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)沉積一層金屬銅; ③ 清洗:將在微結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)沉積一層金屬銅的紅外玻璃依次放入酒精和去離子水中, 各超聲3?5分鐘,再用去離子水沖洗2?3遍; ④ 鈀活化:將完成步驟③的紅外玻璃放入鈀活化劑中,在銅表面沉積一層活化鈀,作為 后續(xù)鍍鎳的活化媒介; ⑤ 清洗:將沉積一層活化鈀的紅外玻璃依次放入酒精和去離子水中各超聲3?5分鐘, 再用去離子水沖洗2?3遍; ⑥ 鍍鎳:將完成步驟⑤的紅外玻璃放入化學(xué)鍍鎳溶液中進(jìn)行鍍鎳〇. 5?1. 5小時,在微 結(jié)構(gòu)凹槽內(nèi)沉積一層金屬鎳; ⑦ 清洗:將完成步驟⑥的紅外玻璃依次放入酒精和去離子水中各超聲3?5分鐘,再用 去離子水沖洗2?3遍,獲得具有寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵的紅外玻璃。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所采用的飛秒激光的重復(fù)頻率為1MHz,單 脈沖能量為1?4yJ,聚焦物鏡的N.A.范圍為0. 15?0. 8,激光掃描速度為2?20mm/s。
【專利摘要】一種在紅外玻璃深表面實現(xiàn)寬波段電磁屏蔽網(wǎng)柵的方法,該方法包含以下幾個步驟:①飛秒激光刻蝕微結(jié)構(gòu);②鍍銅;③清洗;④鈀活化;⑤清洗;⑥鍍鎳;⑦清洗。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)雙層電磁屏蔽網(wǎng)柵的集成,同時實現(xiàn)低頻和高頻電磁波的屏蔽。本發(fā)明適用于遙感遙測、醫(yī)療診斷、保密通訊、航天航空等窗口電磁屏蔽。
【IPC分類】C03C3-23, H05K9-00, C03C17-40
【公開號】CN104602504
【申請?zhí)枴緾N201510017236
【發(fā)明人】居永鳳, 張龍, 蔡猛, 姜雄偉, 李奇松, 白正元
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所, 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月14日