大口径轻质复合材料反射镜及制备方法.pdf

本发明公开了一种主要用于空间光学系统中的大口径轻质复合材料反射镜及制备方法，这种反射镜的基体采用轻质碳化硅铝系(SiCp－Al)复合材料，根据反射镜加工精度要求的高低，采用光学复制或化学镀覆金属镍加光学抛光的工艺来制作反射层。SiCp－Al轻质材料反射镜具有与金属铍反射镜相类似的特性，机械加工简单、无毒，对加工设备和环境要求低，制作工艺简单。

1.  一种大口径轻质复合材料反射镜，包括：基体(1)，与基体牢固结合的金属反射层(2)，其特征在于：所说的基体(1)是由轻质碳化硅铝系材料制成。

2.  一种大口径轻质复合材料反射镜的制备方法，对于面形精度等级在1个波长以上的，口径在300mm以下的反射镜可以采用光学复制的方法；对于面形精度等级在1个波长以下的，口径在100mm以上的反射镜可以采用镀膜的方法来制作。

3.  根据权利要求2的一种大口径轻质复合材料反射镜的制备方法，其特征在于：所说的光学复制方法的具体步骤如下：
A.基体处理：首先采用研磨方法对轻质碳化硅铝系基体材料的表面进行平面度加工，平面度为0.002mm-0.005mm；然后对基体表面进行去脂处理，处理液配方如下：
     无矿物水          30份
     浓硫酸            10份±10％
     重铬酸钾          1份±10％；
将基体浸入上述处理液30-60分钟后，用纯水冲洗，随后将其放入60℃的烘箱中备用；
B.光学模板的制备：首先采用光学研磨/抛光工艺对光学模板的基板K9玻璃进行平面度加工，平面度为N＝1，ΔN＝0.1，然后对其表面进行常规的清洁处理，后在真空镀膜机上依次镀硅油分离膜(201)，SiO保护膜(202)和金属铝反射膜(203)，镀膜完成后放入60℃的烘箱中备用；
C.对上述处理好的轻质碳化硅铝系基体(1)表面涂环氧树脂胶，然后将光学模板上镀有铝反射膜层(203)的一面与其胶合在一起，放置在60℃的烘箱中固化24小时，固化后，由于分离膜的存在，光学模板和基体在分离膜处可以很容易地分离开来，这样SiO保护模和金属铝反射膜牢固地粘结在反射镜基体上，从而完成反射镜制作。

4.  根据权利要求3的一种大口径轻质复合材料反射镜的制备方法，其特征在于：所说的环氧树脂配方为：双酚-A型环氧树脂100克+咪唑固化剂8克。

5.  根据权利要求2的一种大口径轻质复合材料反射镜的制备方法，其特征在于：所说的镀膜方法的具体步骤如下：
基体处理与上述A步骤相同，然后采用常规化学镀镍工艺在基体(1)上镀金属镍层，再对金属镍层进行研磨、抛光，最后在真空镀膜机中在金属镍层上镀金属反射膜，从而完成反射镜的制作。

大口径轻质复合材料反射镜及制备方法
技术领域
本发明涉及光学元件，具体是指一种主要用于空间光学系统中的大口径轻质复合材料反射镜及制备方法。
背景技术
为了解决大口径反射镜自重引起的镜面变形，普遍采用轻质结构来减轻反射镜本身的重量。如美国专利US5,076,700首先公开了一种在熔石英基体中采用蜂窝夹层结构的技术方案；美国专利US4,035,065公开了一种在反射镜基体中采用泡沫玻璃夹层结构；美国专利US176,588公开了一种在反射镜基体中采用陶瓷蜂窝夹层结构；中国上海技术物理研究所专利“超轻量化大口径复合反射镜”，申请号：01126514.0和“一种用于空间相机的低胀超轻量化大口径复合反射镜”，申请号：01254216.4公开了一种采用低胀合金作为反射面基层，中间为石墨纤维/环氧树脂面板夹蜂窝夹层结构的超轻量化反射镜。上述这些轻质反射镜的共同点是结构和制造工艺普遍较为复杂，对工艺设备要求很高。
发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是提出一种结构和制造工艺简单，对工艺设备要求较低的大口径轻质复合材料反射镜及制备该反射镜的方法。
本发明的轻质反射镜包括：基体，与基体牢固结合的金属反射层。所说的基体是由轻质碳化硅铝系(SiCp-Al)材料制成。
本发明的轻质反射镜的制备方法可根据反射镜精度等级以及反射镜口径的大小选择不同的制作工艺来完成。对于面形精度等级在1个波长以上的，口径在300mm以下的反射镜可以采用光学复制的方法。对于面形精度等级在1个波长以下的，口径在100mm以上的反射镜可以采用镀膜地方法。
本发明的最大优点是采用SiCp-Al轻质材料作为反射镜基体具有与金属铍相类似的特性，并且具有机械加工简单，对加工设备和环境要求低，制作工艺简单的特点。
图1为大口径轻质反射镜的结构示意图；
图2为光学模板的结构示意图。
图3为光学复制方法工艺流程图。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，本发明的轻质反射镜包括：基体1，与基体牢固结合的金属反射层2。所说的基体是由SiCp-Al材料制成。
轻质反射镜制备方法包括光学复制方法和镀膜方法二种。
光学复制方法具体步骤如下：
A.基体处理：首先采用研磨方法对SiCp-Al基体材料的表面进行平面度加工，平面度为0.002mm-0.005mm。然后对基体表面进行去脂处理，处理液配方如下：
    无矿物水        30份
    浓硫酸          10份±10％
    重铬酸钾        1份±10％。
将基体浸入处理液30-60分钟后，用纯水冲洗，随后将其放入60℃的烘箱中备用。
B.光学模板的制备：首先采用光学研磨/抛光工艺对光学模板的基板K9玻璃进行平面度加工，平面度为N＝1，ΔN＝0.1，然后对其表面清洁后在真空镀膜机上依次镀硅油分离膜201，SiO保护模203和金属铝反射膜层202，镀膜完成后放入60℃的烘箱中备用。
C.对上述处理好的SiCp-Al基体1表面涂环氧树脂胶，然后将光学模板上镀有铝反射膜层的一面与其胶合在一起，放置在60℃的烘箱中固化24小时。固化后，由于分离膜的存在，光学模板和基体在分离膜处可以很容易地分离开来，这样SiO保护模和金属铝反射膜牢固地粘结在反射镜基体上，从而完成反射镜制作。所说的环氧树脂配方为：双酚-A型环氧树脂(100克)+咪唑固化剂(8克)。
为检测光学复制反射镜的光学复制质量，如反射率检测、膜层牢固度检测等，在复制过程中对采用同样材料，同样处理、加工工艺的测试样片也进行复制，通过对测试样片的测量来监控反射镜的光学复制质量。
镀膜方法的具体步骤如下：
基体处理与上述A步骤相同，然后采用常规化学镀镍工艺在基体上镀金属镍层，再对金属镍层进行研磨、抛光，最后在真空镀膜机中在金属镍层上镀金属反射膜，从而完成高平面精度的反射镜的制作。