氟化镁因其透过率高、介电常数和介电损耗小等特点，是3～5m中红外波段常用的窗口和整流罩材料之一。但是氟化镁力学强度低、易划伤的缺陷限制了它在高速导弹上的应用。在氟化镁衬底上制备保护薄膜，在不造成氟化镁红外透过率损失的情况下提高其力学性能，增强其抵抗风沙雨滴侵蚀的能力是本课题的研究目标。由于衬底氟化镁的折射率很低(n=1.35，λ=4μm)，为了减少镀膜后的透过率损失，我们选择折射率相对较低(n=1.56，λ=4μm)而力学性能优异的Al2O3作为保护膜材料。为了进一步降低Al2O3对氟化镁衬底透过率影响，考虑在最外层镀一层低折射率的SiO2(n=1.37，λ=4μm)薄膜，并通过Macleod软件优化出Al2O3/SiO2膜系的各层厚度。主要研究内容和研究结果如下:　　1.薄膜的力学性能采用纳米压痕法测量。小尺度下力学性能的测量受多种因素的影响，比如尺度效应、衬底效应等。为了得到真实的薄膜力学性能，比较了Oliver-Pharr、Oliver-Joslin两种方法处理纳米压痕实验所得到的数据，分析了衬底的性质和薄膜的塑性变形对薄膜力学性能测量的影响。而后基于纳米压痕技术和Abaqus有限元模拟表征了Al2O3薄膜的应力-应变关系。　　2.探讨了在室温、100℃、200℃、300℃的沉积温度下和在400℃、500℃、600℃退火温度下，Al2O3、 SiO2薄膜的性能变化。发现衬底温度为300℃时，Al2O3和SiO2薄膜表现出较高的硬度和弹性模量，最佳的膜基结合性能;退火温度为600℃时Al2O3和SiO2薄膜的硬度最大;退火使Al2O3和SiO2薄膜的折射率减小;退火提高了膜基结合性能。所制备薄膜的成分均符合化学计量比。　　3.添加50nmHfO2过渡层后薄膜的结合性能提高，经退火后Al2O3层中形成了一层新的树枝状的中间层，这种结构使得薄膜的硬度异常增大至17.5GPa，划痕实验表明这种结构的存在能明显保护MgF2衬底不被划伤。XRD图谱证明，退火后50nmHfO2层由非晶态转变为单斜相，而Al2O3没有发生晶相变化，说明是单斜相HfO2中间层促进了这种结构的形成。　　4.设计并制备Al2O3(1261 nm)/SiO2(735nm)、HfO2(50nm)/Al2O3(1261nm)/SiO2(735nm)两种膜系。实测表明这两种膜系能够使氟化镁衬底保持在3～5μm波段的高透过率。