CN107102388A - 一种漫反射板的制作方法及漫反射板 - Google Patents

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郑玉权
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    • G02B1/14—Protective coatings, e.g. hard coatings

Abstract

本申请公开了一种漫反射板的制作方法及漫反射板，包括：对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体；对漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，形成具有漫反射面的漫反射板；在漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜。本申请首先通过物理研磨的方式制作大尺寸高平面度的漫反射板本体，然后通过化学清洁和腐蚀的方法制作出漫反射特性良好的漫反射面，这样制作出的漫反射板通过试验测试和初步应用，在面均匀性、空间稳定性、反射率和朗伯特性等方面均满足了要求，并且通过镀制反射膜可以提高红外波段的反射率指标，提高表面稳定性，从而可以达到空间红外波段光谱仪器中使用的应用目的。

Description

一种漫反射板的制作方法及漫反射板
技术领域
本发明涉及光辐射测量领域，特别是涉及一种漫反射板的制作方法及漫反射板。
背景技术
漫反射板是光谱辐射定标与光谱辐照度测量的重要光学元件，其漫反射特性的优劣直接决定光谱辐射仪器的定标精度，进而影响仪器的整机性能与获取数据的应用质量。近年来，红外遥感技术在军事目标探测、大气成分分析、矿物勘探、生态系统研究等方面取得飞速的发展，红外波段光谱仪也向着大孔径、高性能方向发展，因此能够满足全口径全视场在轨定标功能的红外波段漫反射板十分必要。
目前，漫反射板在空间光谱仪中紫外波段和可见波段应用较为广泛。铝合金基底镀制氟化镁保护膜的漫反射板在紫外光谱仪中具有成功应用经验，主要工作在160～400nm波段，最大方向尺寸较小，约为70mm，通过镀制氟化镁提高在紫外波段的反射率，这并不适用红外波段高反射率的实现，并且氟化镁具有毒性，应用范围受限。另外，现有技术中应用在可见近红外波段的漫透射板，主要工作在0.7-2.0μm之间，定标漫反射板采用漫透射的方式将太阳光引入光学仪器内部，漫透射板材料选用了太空级的材料(spectralon)，而该材料在制作漫透射板方面存在透过率和面均匀性之间的矛盾关系，即，材料厚度厚出射光的均匀性会提高，但透过率会下降，而材料的厚度做薄透过率会升高但均匀性会降低，因此，在出射光均匀性和透过/反射率均要求较高的场合，此方案并不适用；此外，该材料本身在高于400℃的温度下会发生分解，对长时间对日定标有要求的场合并不适用，在应用时需牺牲部分代价，使用的通用性差。
因此，针对大口径红外波段光谱仪而言，大尺寸、高稳定性、高漫反射特性的漫反射板的研制比较短缺。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种漫反射板的制作方法及漫反射板，可以制作出大尺寸高平面度、漫反射性良好的漫反射板。其具体方案如下：
一种漫反射板的制作方法，包括：
对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体；
对所述漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，形成具有漫反射面的漫反射板；
在所述漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体，具体包括：
采用至少三块相同的基底通过研磨砂以互相研磨的方式，形成至少三块漫反射板本体。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，对所述漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，具体包括：
采用设定的腐蚀液、设定的化学反应温度和设定的反应时间对所述漫反射板本体进行化学腐蚀工艺。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，所述腐蚀液为10％浓度的氢氧化钠溶液，所述化学反应温度为20℃，所述反应时间为180秒。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，在所述漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜，具体包括：
对所述漫反射板进行镀膜工艺，所述漫反射板处于旋转状态；
在所述漫反射板的漫反射面上形成厚度均一的反射膜。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，在所述漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜之后，还包括：
在所述反射膜上通过镀膜工艺形成保护膜。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，所述基底和所述反射膜的材料均为金属材料；
所述保护膜的材料为氧化物材料。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，所述基底材料为铝、银、镍及其合金；
所述反射膜的材料为金；
所述保护膜的材料为二氧化硅。
优选地，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，所述漫反射板的最大方向尺寸大于或等于330mm。
本发明实施例还提供了一种漫反射板，所述漫反射板采用本发明实施例提供的上述制作方法制作。
本发明所提供的一种漫反射板的制作方法及漫反射板，包括：对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体；对漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，形成具有漫反射面的漫反射板；在漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜。本申请首先通过物理研磨的方式制作大尺寸高平面度的漫反射板本体，然后通过化学清洁和腐蚀的方法制作出漫反射特性良好的漫反射面，这样制作出的漫反射板通过试验测试和初步应用，在面均匀性、空间稳定性、反射率和朗伯特性等方面均满足了要求，并且通过镀制反射膜可以提高红外波段的反射率指标，提高表面稳定性，从而可以达到空间红外波段光谱仪器中使用的应用目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的漫反射板的制作方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种漫反射板的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101、对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体；
S102、对漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，形成具有漫反射面的漫反射板；
S103、在漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜。
在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，首先通过物理研磨的方式制作大尺寸高平面度的漫反射板本体，然后通过化学清洁和腐蚀的方法制作出漫反射特性良好的漫反射表面，最后在漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜，这样采用物理研磨工艺和化学腐蚀工艺相结合的手段制作出的漫反射板通过试验测试和初步应用，在面均匀性、空间稳定性、反射率和朗伯特性等方面均满足了要求，并且通过镀制反射膜可以提高红外波段的反射率指标，提高表面稳定性，从而可以达到空间红外波段光谱仪器中使用的应用目的。
需要说明的是，在执行步骤S101之前，需要对基底材料进行选取，当选取合格的基底材料时，对基底按照设计要求完成机械加工，再对加工后的基底进行尺寸和形位公差检测，在满足设计需求后，再执行步骤S101；
在执行步骤S101之后，执行步骤S102之前，还包括：对漫反射板本体的表面进行质量检测，具体地，检测表面质量、平面度、粗糙度等光学表面参数，若这些参数满足设计需求，再执行步骤S101，若不满足，则重新执行步骤S101；
在执行步骤S102之后，还包括：利用显微镜检测表面质量、光学检测双向反射分布函数(BRDF)曲线；该BRDF是描述漫反射板漫反射特性的重要函数，以光辐射的反射辐亮度L和入射辐照度E的比值函数衡量，对描述材料漫反射特性具有唯一确定性，常用来评价漫反射特性的优劣。若检测结果不满足设计需求，则重新执行步骤S101。
在形成反射膜之后，即执行步骤S103之后，还包括：检测镀膜后的反射率、BRDF曲线、面均匀性等光学指标，全部满足要求后完成漫反射板产品的研制。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，步骤S101对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体，具体可以包括：
采用至少三块相同的基底通过研磨砂以互相研磨的方式，形成至少三块漫反射板本体。
具体地，批次制作至少三块同样的漫反射板，以3块为例，通过两两互相研磨的方式使三块漫反射面均匀一致，通过与第三块再次的互相研磨提高漫反射面的表面平面度。这种研磨方案是制作大尺寸漫反射面的一种高效方式，同一批次的三块漫反射面同时完成，且三块间的产品一致性较好，满足大尺寸漫反射面对平面产品一致性的要求。漫反射板表面的粗糙度则需根据工作波段范围选取合适粒径的研磨砂完成，本发明可以选取金刚砂(SiC)。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，步骤S102对漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，具体可以包括：
采用设定的腐蚀液、设定的化学反应温度和设定的反应时间对漫反射板本体进行化学腐蚀工艺。
需要说明的是，化学腐蚀工艺的化学反应过程为：首先对表面残留的研磨微粒和污染物进行腐蚀，进而对表面的细小划痕等缺陷予以消除；化学腐蚀具有匀化效应，削弱物理研磨后的尖峰点，同时经物理研磨的微小镜反射面处理成磨砂面，从而使漫反射板表面形态接近朗伯体表面，提高了漫反射板的朗伯特性；化学腐蚀后的漫反射板表面需要将化学反应生成物及化学溶液清洗干净，最终得到均匀柔和的漫反射表面。需要注意的是，化学磨砂过程需要定量控制反应量，通过对化学反应温度、腐蚀液配比浓度和反应时间等参数精确控制实现。
进一步地，在具体实施时，腐蚀液可以设置为10％浓度的氢氧化钠溶液，化学反应温度可以设置为20℃，反应时间可以设置为180秒。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，步骤S103在漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜，具体可以包括：
对漫反射板进行镀膜工艺，漫反射板处于旋转状态；
在漫反射板的漫反射面上形成厚度均一的反射膜。
上述具体步骤与常规红外光学件镀制金膜的方法不同，常规红外光学件镀制金膜时，漫反射凹凸不平的表面在离子束溅射方向上膜系沉积速度较快，而被突起遮挡的方向沉积速度较慢，最终导致镀膜厚度不均，漫反射特性下降；而本发明在镀膜过程中将被镀制的漫反射板始终处于旋转状态，使各方向上膜系沉积速度相同，膜系均匀一致，有效避免了镀制金属膜系对漫反射特性的负面影响。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，为了提高反射膜膜系的强度，执行步骤S103在漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜之后，还可以包括：
在反射膜上通过镀膜工艺形成保护膜。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，由于金属材料比较稳定，为了满足空间稳定性的要求，基底和反射膜的材料均可以为金属材料；为了有效保护反射膜，保护膜的材料可以为氧化物材料。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，基底材料可以为铝、银、镍及其合金；射膜的材料可以为金；保护膜的材料可以为二氧化硅。其中铝基金属材料易于与镜面结合制作成具有指向和定标功能的双面反射镜，功能高度集成，简化机构，是解决空间光谱仪器小型化和高可靠性的有效手段；当在漫反射板的漫反射面上镀制金膜后，耐原子氧和高能带电粒子轰击的效果较好，空间应用条件下具有较好的性能稳定性；由于金材质较软，在镀制金膜后需镀制SiO2等保护膜提高膜系的强度。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述漫反射板的制作方法中，漫反射板的最大方向尺寸可以大于或等于330mm，这样利于光谱仪器的全孔径全视场的定标。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种漫反射板，采用本发明实施例提供的上述制作方法制作。该漫反射板解决问题的原理与前述一种漫反射板的制作方法相似，因此该漫反射板的实施可以参见漫反射板的制作方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种漫反射板的制作方法及漫反射板，包括：对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体；对漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，形成具有漫反射面的漫反射板；在漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜。本申请首先通过物理研磨的方式制作大尺寸高平面度的漫反射板本体，然后通过化学清洁和腐蚀的方法制作出漫反射特性良好的漫反射面，提高漫反射面的光学质量和朗伯特性，这样制作出的漫反射板通过试验测试和初步应用，在面均匀性、空间稳定性、反射率和朗伯特性等方面均满足了要求，并且通过镀制反射膜可以提高红外波段的反射率指标，提高表面稳定性，从而可以达到空间红外波段光谱仪器中使用的应用目的。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的漫反射板的制作方法及漫反射板进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种漫反射板的制作方法，其特征在于，包括：
对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体；
对所述漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，形成具有漫反射面的漫反射板；
在所述漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜。
2.根据权利要求1所述的漫反射板的制作方法，其特征在于，对基底表面进行物理研磨工艺，形成漫反射板本体，具体包括：
采用至少三块相同的基底通过研磨砂以互相研磨的方式，形成至少三块漫反射板本体。
3.根据权利要求2所述的漫反射板的制作方法，其特征在于，对所述漫反射板本体进行化学腐蚀工艺，具体包括：
采用设定的腐蚀液、设定的化学反应温度和设定的反应时间对所述漫反射板本体进行化学腐蚀工艺。
4.根据权利要求3所述的漫反射板的制作方法，其特征在于，在所述漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜，具体包括：
对所述漫反射板进行镀膜工艺，所述漫反射板处于旋转状态；
在所述漫反射板的漫反射面上形成厚度均一的反射膜。
5.根据权利要求4所述的漫反射板的制作方法，其特征在于，在所述漫反射板的漫反射面上通过镀膜工艺形成反射膜之后，还包括：
在所述反射膜上通过镀膜工艺形成保护膜。
6.根据权利要求2至5任一项所述的漫反射板的制作方法，其特征在于，所述基底和所述反射膜的材料均为金属材料；
所述保护膜的材料为氧化物材料。
7.根据权利要求6所述的漫反射板的制作方法，其特征在于，所述基底材料为铝、银、镍及其合金；
所述反射膜的材料为金；
所述保护膜的材料为二氧化硅。
8.根据权利要求7所述的漫反射板的制作方法，所述漫反射板的最大方向尺寸大于或等于330mm。
9.一种漫反射板，其特征在于，所述漫反射板采用如权利要求1-8任一项所述的制作方法制作。
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