CN101315434A - 随动系统轻质反射镜部件的制造方法 - Google Patents

Abstract

随动系统轻质反射镜部件的制造方法，传统的光学玻璃反射镜具有很低的热膨胀系数，适于在温度变化较大的环境下工作，但是其比刚度小，不能制成轻质结构，因此光学玻璃反射镜的质量较大；铍反射镜具有很好的机械和物理性能，是较为理想的光学反射镜，但是铍材料具有毒性，使得其制备和加工成本大幅度增加。随动系统轻质反射镜部件的制造方法，其组成包括：碳化硅反射镜(1)、铝合金支架(2)，所述的铝合金支架与反射镜由环氧树脂粘合在一起。本发明应用于光学领域。

Description

随动系统轻质反射镜部件的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种随动系统轻质反射镜部件的制造方法。

背景技术：

随着随动系统分辨率的提高，反射镜的口径不断增大，从而带来了一系列技术难题。首先，反射镜的自重以口径的指数幂增加，自重增加引起的镜面变形增大，设计与装配技术难度猛增，反射镜的机械稳定性降低，刚度和抗冲击能力下降；其次，随动系统工作的空间环境恶劣，温度变化非常大，反射镜体产生温度梯度，使得反射镜面热膨胀变化难于消除，反射镜的热稳定性差，从而引起像差，影响成像质量，另外，传统的反射镜材料是热的非良导体，温度变化时热时间平衡常数很长；第三，反射镜重量增加使得其支撑结构、运载发射系统的重量随之增加，则材料和加工费用大幅度提高。

传统的光学玻璃反射镜具有很低的热膨胀系数，适于在温度变化较大的环境下工作，但是其比刚度小，不能制成轻质结构，因此光学玻璃反射镜的质量较大；铍反射镜具有很好的机械和物理性能，是较为理想的光学反射镜，但是铍材料具有毒性，使得其制备和加工成本大幅度增加。

因此，研制和应用机械和物理性能很好的轻型结构反射镜是随动系统发展的必然趋势。

发明内容：

本发明的目的是提供一种针对现有随动系统反射镜存在工作条件下机械和物理性能差、成本高以及很难达到50％以上的轻量化率等不足，通过反应烧结技术制备轻质的随动系统反射镜的方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

随动系统轻质反射镜部件的制造方法，其组成包括：碳化硅反射镜、铝合金支架，所述的铝合金支架与反射镜由环氧树脂粘合在一起。

所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法，根据设计图纸及对应的计算机三维图用数控加工设备做出石膏模具、制备浆料，通过将浆料注入模具内，浇注速度小于5毫升/秒钟，脱模制成素坯；烧结时将素坯质量的10-30％的硅粉均匀地铺在素坯上，将其放在反应烧结炉的石墨板上，按反应烧结碳化硅的操作规程进行烧结，烧结后使之随炉冷却至室温；制成所述的碳化硅反射镜毛坯。

所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法，对所述的铝支撑结构进行铬酸阳极化，涂上一层消光漆，然后进行连接。

所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法，所述的制备浆料是使用碳化硅粉、碳粉、有机稳定剂和水混合，将碳化硅、碳粉、稳定剂、水，按比例进行配制：固体部分占总重量的2/3，碳粉占固体部分的5～10％，碳化硅粉占固体部分的90～95％，稳定剂占0.4～1.1％，其余部分为纯净水，其中，碳化硅粉由粒径分别为5～10μm和40～60μm的粉末按1∶1的比例混合，使用搅拌机搅拌，最后再加入稳定剂。所有配料都加入后再用搅拌机搅拌24小时。在此过程中每隔2小时检查一次粘度，适时补水。

这个技术方案有以下有益效果：

1、本发明采用两种轻质(比重低)材料，因此在相同体积的情况下，质量会更小，在进行作业时产生的动量也就比其他材料的要小，使其在同等条件下具有更短的响应时间和更精确的定位性能，从而极大地提高光学系统的整体性能；

2、由于在反应烧结碳化硅反射镜表面制备出了高性能的反射膜(在可见光波段内可达反射率可达97％，而且在其他波段内也有不错的表现)，这使得该部件具有由常规材料制备的反射镜部件所不具有优势；

3、本发明将反射镜的非关键部件换成密度更小、强度远高于设计要求的硬铝合金，既降保证了精度、低了成本，而且还降低了设备的重量；

4、本发明使用了高性能环氧树脂将碳化硅反射镜与硬铝合金粘结在一下并在常温固化后，随动系统反射镜的抗冲击性能有了大幅度的提高。

附图说明：

附图1是本产品的结构示意图。

附图2是附图1的剖视图。

本发明的具体实施方式：

实施例1：

随动系统轻质反射镜部件的制造方法，其组成包括：碳化硅反射镜、铝合金支架，所述的铝合金支架1与反射镜2由环氧树脂粘合在一起。

实施例2：

实施例1所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法中，根据设计图纸及对应的计算机三维图用数控加工设备做出石膏模具、制备浆料，通过将浆料注入模具内，浇注速度小于5毫升/秒钟，脱模制成素坯；烧结时将素坯质量的10-30％的硅粉均匀地铺在素坯上，将其放在反应烧结炉的石墨板上，按反应烧结碳化硅的操作规程进行烧结，烧结后使之随炉冷却至室温；制成所述的碳化硅反射镜毛坯。

实施例3：

以上实施例所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法中，还包括对所述的铝支撑结构进行铬酸阳极化，涂上一层消光漆，然后进行连接。

实施例4：

以上实施例所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法中，所述的制备浆料是使用碳化硅粉、碳粉、有机稳定剂和水混合，将碳化硅、碳粉、稳定剂、水，按比例进行配制：固体部分占总重量的2/3，碳粉占固体部分的5～10％，碳化硅粉占固体部分的90～95％，稳定剂占0.4～1.1％，其余部分为纯净水，其中，碳化硅粉由粒径分别为5～10μm和40～60μm的粉末按1∶1的比例混合，使用搅拌机搅拌，最后再加入稳定剂。所有配料都加入后再用搅拌机搅拌24小时。在此过程中每隔2小时检查一次粘度，适时补水实施例5：

本例中按服役备件设计并制备了一套随动系统，如附图所示。其具体制备如下：

(1)按照随动系统的服役条件，设计出的反射镜尺寸为160×60×6mm的碳化硅反射镜，支架的外观尺寸为70×30×106mm，使用硬铝合金；

(2)使用三维设计制造软件将已经设计出的反射镜输入到计算机中，并通过立体雕刻设备制作出反射镜的三维模型，在本例中使用的模型材料是工程塑料。接下来的工作是制备出用来浇注反射镜素坯的模具：将优质的石膏粉和水以3∶2的比例混合均匀；按照铸造模具制备的方法制作出反射镜模具；对模具进行烘干，时间为12小时，温度为40摄氏度；

(3)在本例中使用的浆料中使用碳化硅粉、碳粉、有机稳定剂和水混合，将碳化硅、碳粉、稳定剂、水，按比例进行配制：固体部分占总重量的2/3，碳粉占固体部分的5～10％，碳化硅粉占固体部分的90～95％，稳定剂占0.4～1.1％，其余部分为纯净水，其中，碳化硅粉由粒径分别为5～10μm和40～60μm的粉末按1∶1的比例混合，使用搅拌机搅拌，最后再加入稳定剂。所有配料都加入后再用搅拌机搅拌24小时。在此过程中每隔2小时检查一次粘度，适时补水。

(4)由于本例制备的碳化硅反射镜片比较小，所以可以采用单冒口浇注的方法，但在浇注过程中浇注速度小于5毫升/秒钟。经过计算，浇注后5小时就可脱模。由于形状简单，所得的素坯只需做简单修整即可；

(5)将素坯质量的10-30％的硅粉均匀地铺在素坯上，将其放在反应烧结炉的石墨板上。关闭炉门，按反应烧结碳化硅的操作规程进行烧结，之后，使之随炉冷却至室温；

(6)首先要加工反射镜坯体的背面(即不参与反射的面)，当其表面不再有没有加工到的地方时即可停止。然后加工反射镜表面，首先使用与加工背面相同的方法进行加工。当表面不再有没有被加工到的地方后，使用专用抛光机对其表面进行精加工。当表面光洁度达到3nm RMS后，使用磁控溅射法制备出表面致密化层、过渡层、反射层及保护层等。

(7)准备好一块尺寸为75×35×110mm的硬铝合金料，并用电弧线切割设备将其加工成为如附图所示的形状。为了保证加工精度，其他部分加工均使用数控铣床进行加工。在铝合金支架成型之后，对其进行铬酸表面阳极化处理，并在上面涂一层厚为5μm的消光漆；

(8)碳化硅反射镜片与铝合金支架之间的连接使用的是环氧树脂进行常温固化而连接到一起的。环氧树脂粘结剂层厚为0.03mm。

(9)在常温下将随动系统反射镜进行固化，在15g条件下并进行冲击振动实验，检验反射镜的性能，满足性能要求。

Claims (4)

1.一种随动系统轻质反射镜部件的制造方法，其组成包括：碳化硅反射镜、铝合金支架，其特征是：所述的铝合金支架与反射镜由环氧树脂粘合在一起。

2.根据权利要求1所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法，其特征是：根据设计图纸及对应的计算机三维图用数控加工设备作出石膏模具、制备浆料，通过将浆料注入模具内，浇注速度小于5毫升/秒钟，脱模制成素坯；烧结时将素坯质量的10-30％的硅粉均匀地铺在素坯上，将其放在反应烧结炉的石墨板上，按反应烧结碳化硅的操作规程进行烧结，烧结后使之随炉冷却至室温；制成所述的碳化硅反射镜毛坯。

3.根据权利要求1或2所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法，其特征是：对所述的铝支撑结构进行铬酸阳极化，涂上一层消光漆，然后进行连接。

4.根据权利要求2或3所述的随动系统轻质反射镜部件的制造方法，其特征是：所述的制备浆料是使用碳化硅粉、碳粉、有机稳定剂和水混合，将碳化硅、碳粉、稳定剂、水，按比例进行配制：固体部分占总重量的2/3，碳粉占固体部分的5～10％，碳化硅粉占固体部分的90～95％，稳定剂占0.4～1.1％，其余部分为纯净水，其中，碳化硅粉由粒径分别为5～10μm和40～60μm的粉末按1∶1的比例混合，使用搅拌机搅拌，最后再加入稳定剂。所有配料都加入后再用搅拌机搅拌24小时。在此过程中每隔2小时检查一次粘度，适时补水。

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