【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于制冷型紅外探測器，具體涉及一種表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏及其制備方法。
技術介紹
1、制冷型紅外焦平面探測器杜瓦產品為真空絕熱器件，用于紅外探測器芯片的真空封裝，與制冷機耦合組成紅外焦平面探測器組件，不僅為探測器芯片提供適當的低溫工作環境，還為探測器提供光學、機械與電氣接口，是紅外焦平面探測器組件的核心器件之一。杜瓦冷頭結構是杜瓦產品的關鍵部分，為芯片提供熱膨脹匹配的低應力機械支撐，同時也是探測器芯片和制冷機冷指之間的熱量耦合通道。杜瓦冷頭通常包括陶瓷基板、探測器芯片、金屬薄壁冷屏和濾光片等。在快速制冷紅外焦平面探測器組件中，杜瓦的冷頭結構和所用材料屬性直接決定了降溫時間。
2、對于給定的杜瓦冷頭結構，其熱質量一定，由室溫t0(～300k)降低至工作溫度t1(～77k)時，需抽取的熱量可表示為：
3、
4、其中，q為熱量；mn為材料的質量；cn為材料的比熱容；δt＝t0-t1為探測器的工作溫差；n為正整數，表示冷頭結構所包含的材料的種類。
5、通常，對于給定的杜瓦冷頭結構和材料，在降溫過程中，冷屏是主要的熱量來源。制備冷屏的材料通常為鎳基合金，鎳及其合金由于具有良好的機械性能和成型工藝而在杜瓦冷屏中得到廣泛應用。然而，鎳的導熱系數約為～70w/(m·k)，受低導熱系數的影響，探測器在制冷降溫過程中冷屏的降溫速率慢，進而影響探測器產品的降溫時間。
6、綜上，快速制冷型紅外焦平面探測器的鎳及其合金制備的冷屏降溫過程的導熱性
7、因此如何克服現有技術的不足是目前制冷型紅外探測器
亟需解決的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決制冷型紅外焦平面探測器杜瓦鎳基薄壁冷屏單層結構材料導熱系數低、制冷啟動過程降溫速度慢的問題，提供一種表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏及其制備方法，提升杜瓦鎳基薄壁冷屏的導熱性能，確保冷頭的快速降溫，提升制冷型紅外焦平面探測器產品的快速啟動性能。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，包括如下步驟：
4、步驟一：將內表面已發黑處理的鎳基薄壁冷屏裝入電子束蒸發鍍膜夾具中；
5、步驟二：對電子束蒸發鍍膜設備抽高真空；
6、步驟三：待電子束蒸發鍍膜設備真空度大于1×10-3pa時，于200℃下，對待鍍薄壁冷屏表面進行烘烤處理；
7、步驟四：待電子束蒸發鍍膜設備真空度大于5×10-4pa時，對冷屏進行300s的氬等離子清洗處理；
8、步驟五：在冷屏表面依次鍍制鎳附著層、銅導熱層和銀導熱層；
9、所述的鎳附著層的材質為金屬鎳，厚度為0.1μm～1μm；
10、銅導熱層的材質為金屬銅，厚度為5μm～50μm；
11、銀導熱層的材質為金屬銀，厚度為5μm～50μm。
12、進一步，優選的是，步驟一中，鎳基薄壁冷屏的厚度為0.08mm～0.30mm。
13、進一步，優選的是，步驟三中，烘烤時間為10min。
14、進一步，優選的是，步驟四中，采用氬等離子清洗時，清洗時間為300s。
15、進一步，優選的是，步驟五中，在冷屏表面依次鍍制0.5μm厚的鎳附著層、5μm厚的銅導熱層和5μm厚的銀導熱層。
16、進一步，優選的是，步驟五中，銅導熱層和銀導熱層的總厚為鎳基薄壁冷屏厚度的9.5％～10.5％。
17、本專利技術提供上述表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法制得的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏。
18、本專利技術使薄壁冷屏不受鎳基材料導熱系數低的限制，在功能上具有高導熱率，以達到提升杜瓦冷頭制冷降溫速率的目的。
19、本專利技術的表面多層復合鍍層材料結構，其材料體系為：鎳銅銀(ni/cu/ag)。除了鎳層以外，銀(～430w/(m·k))和銅(～400w/(m·k))均具有比鎳(～70w/(m·k))更優的導熱性能。多層復合鍍層材料包含附著層和增強導熱層。其中，鎳層作為附著層，用于實現與鎳基薄壁冷屏表面的可靠連接，增強導熱層包含銀和銅高導熱金屬層。鎳附著層和銀導熱層之間需采用銅導熱層進行過渡，避免鎳元素和銀元素之間因互溶度低而導致附著不牢固。銀的表面發射率低于鎳，此時可降低冷屏外表面的發射率，額外降低冷屏的輻射漏熱。
20、本專利技術表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏保持傳統鎳基薄壁冷屏所具有的高可靠機械性能不變的同時，未顯著增加杜瓦冷頭熱質量，即可顯著增強冷屏的導熱性能。
21、本專利技術根據探測器對制冷降溫速率的需求，可靈活調整鎳基薄壁冷屏壁厚與表面多層復合鍍層材料之間的厚度比值關系，即可獲得不同應用場景的降溫速率要求。其中，優選的參數是銅導熱層和銀導熱層的總厚度為鎳基薄壁冷屏厚度的10％，此時增強導熱后的鎳基薄壁冷屏的導熱性能可顯著增加，且其熱質量無顯著變化。
22、本專利技術中，表面多層復合鍍層材料的最外層金屬為銀，銀在紅外波段具有比鎳更低的損耗，從而獲得更高的反射率，進而降低杜瓦的輻射漏熱。
23、本專利技術制備方法可以選擇電子束蒸發鍍膜設備等物理氣相沉積工藝技術，具有高度可實施性，適合大批量生產。
24、本專利技術與現有技術相比，其有益效果為：
25、本專利技術避免了傳統的鎳基薄壁冷屏設計中采用單一的材料并由此帶來的力學性能和傳熱學性能難以同時兼顧的限制，采用多層復合表面鍍層材料增強鎳基薄壁冷屏的導熱性能，使冷屏同時具有高可靠的機械性能和優異的導熱性能。由于增強導熱層中的銀和銅均具有比鎳高數倍的導熱系數，因此數個微米厚的增強導熱層即可顯著提升冷屏的導熱性能，而冷屏整體的熱質量則沒有顯著增加。具有多層復合表面鍍層材料的鎳基薄壁冷屏易于滿足制冷型紅外探測器中高可靠的機械支撐和快速制冷降溫的要求。
26、本專利技術在保持鎳基薄壁冷屏的機械性能和熱力學性能不變的基礎上，未顯著增加杜瓦冷頭熱質量，即可顯著增強冷屏的導熱性能，加快熱量的傳遞，實現制冷型紅外探測器的快速啟動。
27、本專利技術制備工藝方法簡單，采用常規的電子束蒸發鍍膜設備等物理氣相沉積即可完成多層復合鍍層材料的制備，工藝成熟，具有高度可操作性。
28、本專利技術多層復合鍍層材料的最外層材料為銀，可提升冷屏外表面的反射特性，降低冷屏和杜瓦外殼間的輻射傳熱，降低杜瓦冷頭的漏熱，降低制冷機所需功率。
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1.表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟一中，鎳基薄壁冷屏的厚度為0.08mm~0.30mm。
3.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟三中，烘烤時間為10min。
4.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟四中，采用氬等離子清洗時，清洗時間為300s。
5.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟五中，在冷屏表面依次鍍制0.5μm厚的鎳附著層、5μm厚的銅導熱層和5μm厚的銀導熱層。
6.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟五中，銅導熱層和銀導熱
7.權利要求1~6任意一項所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法制得的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏。
...【技術特征摘要】
1.表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟一中，鎳基薄壁冷屏的厚度為0.08mm~0.30mm。
3.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟三中，烘烤時間為10min。
4.根據權利要求1所述的表面多層復合鍍層材料增強導熱的制冷型紅外探測器用杜瓦鎳基薄壁冷屏的制備方法，其特征在于，步驟四中，采用氬等離子清洗時，清洗時間為30...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳正超，李冉，魏超群，朱鵬飛，楊順昌，翟秋慧，胡忠貴，楊昆，李秋妍，李杰，
申請(專利權)人：昆明物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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