本發明涉及光學涂層，具體為一種高硬度耐磨處理材料及其制備方法。
背景技術：
1、在現代精密光學領域，光學涂層材料不僅要求具備特定的光譜特性，還必須承受嚴苛的環境考驗。傳統的高硬度光學鍍膜材料主要集中在氧化物或氟化物體系，這些材料通常通過電子束蒸發或磁控濺射制備，利用高能粒子轟擊基底形成致密層，以提供必要的機械保護，廣泛應用于眼鏡、手機觸摸屏、相機鏡頭及車載激光雷達窗口等領域。
2、然而，現有的光學涂層面臨著嚴峻的性能瓶頸。純無機鍍膜（如純sio2）雖然硬度極高，但熱膨脹系數與基材（如pc、pmma等聚合物）嚴重不匹配，極易產生內應力導致膜層脆性大、受沖擊易龜裂；而傳統的有機-無機雜化涂層雖然改善了柔韌性，但由于有機組分占比過高且無機粒子容易團聚，導致其硬度降低，且耐磨性較低，一旦在惡劣環境下使用，膜層表面極易產生微劃痕，導致光散射增加，嚴重影響光學系統的透過率和成像質量。
3、為此，提出了一種高硬度耐磨處理材料及其制備方法。
技術實現思路
1、本發明的目的在于設計一種高硬度耐磨處理材料及其制備方法。本發明對納米金剛石進行氧化及氟化改性得到金剛石處理液；將異丙醇鋁和正丙醇鋯螯合制備螯合材料；合成含雙鍵的硅烷基體材料；將金剛石處理液、螯合材料與基體材料混合進行溶劑熱反應，得到光學處理材料；最后加入助劑調配，在光學基材表面涂布并經uv預固化及梯度熱固化得到高硬度耐磨處理材料，最終顯著提升了光學涂層的機械強度與耐磨性能。
2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
3、本發明一方面提供了一種高硬度耐磨處理材料的制備方法，按重量份數計，包括以下步驟：
4、將納米金剛石經過氧化和氟化處理得到金剛石處理液；
5、將異丙醇鋁和正丙醇鋯溶解于乙酰乙酸乙酯中，得到螯合材料；
6、將γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯和異氰酸酯基丙烯酸酯混合后得到基體材料；將基體材料、金剛石處理液和螯合材料混合，溶劑熱反應后得到光學處理材料；在光學處理材料中加入光引發劑和流平劑，得到光學涂層材料；在光學基材的表面浸涂光學涂層材料，固化處理后形成高硬度耐磨處理材料。
7、優選的，金剛石處理液的制備方法為：將1份納米金剛石粉體（粒徑4-6nm，市售產品，由爆轟法合成）置于80份濃硫酸/濃硝酸（3:1）混合液中，在60℃下超聲分散1-3h，隨后離心水洗至中性，真空干燥后得到氧化金剛石；將氧化金剛石分散于無水乙醇中（固體濃度為1mg/ml），加入0.1-0.5份全氟癸基三乙氧基硅烷，控制體系為酸性，在75℃回流冷凝條件下反應10-14h，隨后通過旋轉蒸發去除部分溶劑，將固體濃度濃縮至10-20mg/ml，得到金剛石處理液；濃硫酸質量分數為98%，濃硝酸質量分數為65%。
8、優選的，螯合材料的制備方法為：在干燥燒瓶中，將3-5份異丙醇鋁溶解于20份無水異丙醇中，緩慢滴加乙酰乙酸乙酯（eaa），al:eaa(摩爾比)=1:2，攪拌40-50min至溶液澄清透明，得到螯合液a；另取容器，將10-14份正丙醇鋯與eaa混合，zr:eaa(摩爾比)=1:1，攪拌20-40min，得到螯合液b；將上述兩種螯合液混合，在室溫下密封攪拌1h，形成螯合材料。
9、優選的，基體材料的制備方法為：將60-70份γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和30-40份正硅酸乙酯混合，在冰浴條件下滴加0.1m?hcl，控制h2o:si=3.5:1，滴加完畢后，在25℃下熟化22-26h，隨后加入8份異氰酸酯基丙烯酸酯（aoi），60℃反應4h，得到基體材料。
10、優選的，光學處理材料的制備方法為：將基體材料、金剛石處理液和螯合材料充分混合，攪拌1h后轉移至聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜進行溶劑熱反應，溫度為120℃，時間為12-16h，得到光學處理材料。
11、優選的，高硬度耐磨處理材料的制備方法為：在光學處理材料中加入1-5份光引發劑184和0.3份流平劑聚醚改性聚二甲基硅氧烷（byk-333），用混合溶劑稀釋至固含量為30%，粘度為8mpa·s，得到光學涂層材料；隨后在光學基材的表面浸涂光學涂層材料，提拉速度為15cm/min，在365nm進行uv預固化，功率為450-550mj/cm2，接著在80℃下固化20min，將溫度上升至130℃固化2-3h，在光學基材的表面形成高硬度耐磨處理材料。
12、優選的，混合溶劑是異丙醇(ipa)和正丁醇混合得到的，異丙醇(ipa):正丁醇=3:1。
13、本發明另一方面提供了一種高硬度耐磨處理材料，其中包括金剛石處理液、螯合材料和基體材料，高硬度耐磨處理材料是一種光學涂層材料。
14、與現有技術相比，本發明的有益效果為：
15、本發明通過溶劑熱反應，利用預處理的納米金剛石表面的活性位點作為成核中心，誘導鋁摻雜的氧化鋯原位生長，構建出微納分級結構。這種結構并非簡單的物理混合，而是形成了增強體系；鋁摻雜的氧化鋯能夠物理錨定在基體材料中，當光學涂層受到沖擊或彎曲時，能夠有效引發裂紋偏轉并耗散應力能量，顯著降低了光學涂層的脆性，防止涂層在柔性基材上出現龜裂。
16、本發明對納米金剛石進行了全氟癸基硅烷的接枝改性，利用氟元素的低表面能特性與納米金剛石的超高硬度產生協同效應。在固化過程中，含氟鏈段會自發向光學涂層表面遷移，賦予光學涂層較低的摩擦系數；當外界物體摩擦光學涂層表面時，涂層表現出外滑內硬的特性，既通過高硬度骨架抵抗了切削力，又通過表面自潤滑效應大幅減少了摩擦損耗，從而使材料的耐磨性得到顯著提升。
17、本發明引入異丙醇鋁與正丙醇鋯形成的混合螯合物，在溶膠-凝膠體系中構建了高密度的si-o-al-o-zr無機網絡。鋁離子的引入不僅能夠修復硅氧網絡中因縮聚不完全而產生的懸掛鍵缺陷，還能利用其高配位特性增加交聯密度；這種三元雜化網絡結構致密且模量高，使得固化后的光學涂層硬度得到提升，有效解決了現有有機硅光學涂層因網絡疏松導致硬度不足的問題。
18、本發明采用uv預固化與梯度熱固化相結合的工藝，uv光固化快速鎖定表面含氟層并形成硬質外殼，而隨后的梯度熱固化（80℃至130℃）使得底層有機-無機網絡緩慢交聯，保留了適當的柔韌性以匹配基材的熱膨脹系數。這種外硬內韌的固化模式有效釋放了涂層形成過程中的內應力，解決了光學涂層在光學基材上附著力差、易脫落的技術缺陷。
19、盡管本發明引入了納米金剛石、氧化鋯和氧化鋁等高折射率無機填料，但通過精確控制溶劑熱反應條件，實現了無機粒子在分子水平上的單分散與氧化鋯生長，避免了粒子的宏觀團聚。此外，鋁、鋯元素提升了基體的折射率，與納米金剛石的折射率實現了良好的匹配，消除了因折射率失配造成的光散射（霧度），使得最終制備的高硬度耐磨光學涂層在可見光波段仍能保持極高的透光率，完全滿足光學級應用標準。
1.一種高硬度耐磨處理材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種高硬度耐磨處理材料的制備方法，其特征在于，所述氧化和氟化處理的具體過程為：將納米金剛石粉體置于濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲分散，離心洗滌，真空干燥后得到氧化金剛石；將所述氧化金剛石分散于無水乙醇中，加入全氟癸基三乙氧基硅烷，回流冷凝反應，旋轉蒸發后得到所述金剛石處理液。
3.根據權利要求1所述的一種高硬度耐磨處理材料的制備方法，其特征在于，所述螯合材料的制備方法為：將所述異丙醇鋁溶解于無水異丙醇中，滴加乙酰乙酸乙酯，得到螯合液a；將所述正丙醇鋯與乙酰乙酸乙酯混合，攪拌得到螯合液b；將所述螯合液a和所述螯合液b混合，密封攪拌形成所述螯合材料。
4.根據權利要求1所述的一種高硬度耐磨處理材料的制備方法，其特征在于，所述基體材料的制備方法為：將所述γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和所述正硅酸乙酯混合，在冰浴條件下滴加hcl，熟化后加入異氰酸酯基丙烯酸酯，反應得到所述基體材料。
5.根據權利要求1所述的一種高硬度耐磨處理材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑熱反應的具體過程為：將所述基體材料、所述金剛石處理液和所述螯合材料充分混合，轉移至反應釜進行溶劑熱反應，反應時間為12-16h，得到所述光學處理材料。
6.根據權利要求1所述的一種高硬度耐磨處理材料的制備方法，其特征在于，所述固化處理的具體過程為：在所述光學處理材料中加入光引發劑184和流平劑聚醚改性聚二甲基硅氧烷，用混合溶劑稀釋，得到所述光學涂層材料；在光學基材的表面浸涂所述光學涂層材料，uv預固化后梯度固化，在所述光學基材的表面形成所述高硬度耐磨處理材料。
7.一種高硬度耐磨處理材料，其特征在于：所述高硬度耐磨處理材料由權利要求1-6任意一項所述制備方法制備得到；所述高硬度耐磨處理材料包括金剛石處理液、螯合材料和基體材料。