CN107498423A - 用于反射镜离子束抛光的降温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于反射镜离子束抛光的降温装置，属于光学加工技术领域，具体包括反射镜固定架、支撑工装、两块以上的导热铜箔和与每一导热铜箔对应设置的柔软导热层，本发明利用设置在待抛光反射镜的侧表面上的柔软导热层以及连接柔软导热层和支撑工装的导热铜箔进行散热，由于柔软导热层和待抛光反射镜之间是面接触，柔软导热层与导热铜箔之间也是面接触，因此待抛光反射镜在离子束抛光过程中累计的热量会很快从镜体内通过柔软导热层和导热铜箔传导到支撑工装，而又由于支撑工装的比热容很高，因此可以达到有效降温的效果，从而提高待抛光反射镜在离子束抛光过程中的降温效率。
Description
技术领域
本发明涉及光学加工技术领域，特别是涉及一种用于反射镜离子束抛光的降温装置。
背景技术
航天所需的光学反射镜在最终使用时，是需要利用机械结构进行固定的，机械部分和反射镜部分往往通过环氧树脂胶粘连在一起，当反射镜面形加工到1/20到1/40波长(632.8nm)RMS时，由于环氧树脂胶固化后会产生一定的收缩应力，因此导致反射镜面形产生一定的变形，此时需要利用离子束抛光的方法对反射镜进行面形修整。离子束抛光方法的原理是利用高能粒子对材料表面进行轰击，从而将表面多余的材料部分去除，并辅以电荷中和器，使粒子可以持续的轰击，其中电荷中和器由钨丝构成，工作时会放出大量的热量，同时高能粒子滞留在材料内的动能，也会转化为热量的形式，最终使得被抛光的反射镜表面温度升高，进而导致被粘连在一起的机械部分和反射镜部分的整体温度升高。由于环氧树脂胶对高温较敏感，所以在抛光的过程中需要降低机械部分和反射镜部分整体的温度。
通常情况下，技术人员采用对输入抛光加工设备的数据进行滤波或者去毛刺数据处理，对于数据中心部分缺失的情况，进行数据填充等数据处理的方法对被抛光反射镜进行降温，但是，这种数据处理的方法虽然减少了被抛光反射镜的加工时间，但并没有从根本上解决被抛光反射镜的温度上升的问题，而且降温非常有限，降温效率低下。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中反射镜离子束抛光过程中降温效率低下的问题，提供一种用于反射镜离子束抛光的降温装置。
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
一种用于反射镜离子束抛光的降温装置，包括反射镜固定架和支撑工装，其特征在于，还包括两块以上的导热铜箔和与每一所述导热铜箔对应设置的柔软导热层，
所述反射镜固定架与待抛光反射镜背部的盲孔相配合，并通过环氧树脂胶与所述盲孔粘贴固定连接，且所述反射镜固定架与所述支撑工装固定连接；
所述柔软导热层设置在所述待抛光反射镜的侧表面和对应的所述导热铜箔之间，全部的所述柔软导热层圆周均布在所述侧表面上，且每一所述柔软导热层分别与所述侧表面和对应的所述导热铜箔面接触，每一所述导热铜箔均与所述支撑工装面接触，所述柔软导热层的导热率大于或者等于5W/mk，且所述柔软导热层的总质量亏损小于1％或者挥发物质冷凝量小于0.1％。
上述用于反射镜离子束抛光的降温装置利用设置在待抛光反射镜的侧表面上的柔软导热层以及连接柔软导热层和支撑工装的导热铜箔进行散热，由于柔软导热层和待抛光反射镜之间是面接触，柔软导热层与导热铜箔之间也是面接触，因此待抛光反射镜在离子束抛光过程中累计的热量会很快从镜体内通过柔软导热层和导热铜箔传导到支撑工装，而又由于支撑工装的比热容很高，因此可以达到有效降温的效果，从而提高待抛光反射镜在离子束抛光过程中的降温效率。
附图说明
图1为本发明其中一个实施例中用于反射镜离子束抛光的降温装置的横截面结构示意图；
图2为本发明其中一个具体实施方式中用于反射镜离子束抛光的降温装置的横截面结构示意图；
图3为金属散热触点的示意图；
图4为具有压缩弹簧的金属散热触点的示意图；
图5为本发明另一个具体实施方式中用于反射镜离子束抛光的降温装置的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，如图1所示，用于反射镜离子束抛光的降温装置包括反射镜固定架1和支撑工装2，还包括两块以上的导热铜箔3和与每一导热铜箔3对应设置的柔软导热层4，
反射镜固定架1与待抛光反射镜5背部的盲孔相配合，并通过环氧树脂胶与盲孔粘贴固定连接，且反射镜固定架1与支撑工装2固定连接；
柔软导热层4设置在待抛光反射镜5的侧表面和对应的导热铜箔3之间，全部的柔软导热层4圆周均布在侧表面上，且每一柔软导热层4分别与侧表面和对应的导热铜箔3面接触，每一导热铜箔3均与支撑工装2面接触，柔软导热层4的导热率大于或者等于5W/mk，且柔软导热层4的总质量亏损小于或者等于1％或者挥发物质冷凝量小于或者等于0.1％。
目前常用的反射镜支撑方式有周边支撑、侧面支撑、背部支撑和中心支撑等，本实施例中的待抛光反射镜采用背部支撑的方式，具体地，在本实施例中，待抛光反射镜5的材质可以为微晶材料、碳化硅材料或者其他光学玻璃材料，待抛光反射镜5的背部开有与反射镜固定架1相匹配的盲孔，反射镜固定架1通过环氧树脂胶与盲孔粘贴固定连接，反射镜固定架1和待抛光反射镜5构成一个整体，其中环氧树脂胶是一种广泛应用于光学反射镜支撑结构的粘接剂，具有强度高、凝固应力小的特点，同时反射镜固定架1与支撑工装2固定连接，优选地，本实施例中的支撑工装2的材质为铝，例如铝材(6061-T4)，从而保证支撑工装2具有较大的比热容和导热率，有利于提高降温效率。
柔软导热层4设置在待抛光反射镜5的侧表面和对应的导热铜箔3之间，由于本实施例中的降温装置包括两块以上的导热铜箔3，而每一块导热铜箔3都对应一块柔软导热层4，因此本实施例包括两块以上的柔软导热层4，全部的柔软导热层4在待抛光反射镜5的侧表面上圆周均匀分布且在导热铜箔3施加的径向作用力下与待抛光反射镜5的侧表面紧密贴合，由于柔软导热层4具有柔软的特性，因此在受到导热铜箔3的径向挤压时，可以自适应填充待抛光反射镜5的侧表面和导热铜箔3之间，从而有利于离子源对待抛光反射镜5的表面进行轰击时待抛光反射镜5的快速散热，并且每一块柔软导热层4分别与待抛光反射镜5的侧表面和对应的导热铜箔3面接触，同时，每一块导热铜箔3均与支撑工装2固定连接且面接触，在本实施例中，柔软导热层4需满足以下两个条件中的任意一个：(1)柔软导热层4的导热率大于或者等于5W/mk，且总质量亏损(Total mass loss，TML)小于或者等于1％；(2)柔软导热层4的导热率大于或者等于5W/mk，且挥发物质冷凝量(Collected volatilecondensable materials，CVCM)小于或者等于0.1％，其中“W/mk”为导热率的单位，“W”为热功率单位“瓦”，“m”为长度单位“米”，“K”为绝对温度单位“开尔文”，柔软导热层4的TML≤1％和CVCM≤0.1％是在不同评价体系中的不同评价标准，但二者在物理意义上是实质相同的。当柔软导热层4的导热率大于或者等于5W/mk且TML≤1％，或者柔软导热层4的导热率大于或者等于5W/mk且CVCM≤0.1％时，柔软导热层4具有较高的导热效率，因而保证了用于反射镜离子束抛光的降温装置的降温效率。柔软导热层的材质可以为导热金属、有机高分子材料或者无机小分子材料等。
本实施例所提出的用于反射镜离子束抛光的降温装置利用设置在待抛光反射镜的侧表面上的柔软导热层以及连接柔软导热层和支撑工装的导热铜箔进行散热，由于柔软导热层和待抛光反射镜之间是面接触，柔软导热层与导热铜箔之间也是面接触，因此待抛光反射镜在离子束抛光过程中累计的热量会很快从镜体内通过柔软导热层和导热铜箔传导到支撑工装，而又由于支撑工装的比热容很高，因此可以达到有效降温的效果，从而提高待抛光反射镜在离子束抛光过程中的降温效率。
作为一种具体的实施方式，支撑工装2包括设置在待抛光反射镜5的背部和支撑工装2之间的若干个金属散热触点6，金属散热触点6包括金属支撑杆和金属帽，金属支撑杆的一端与支撑工装2固定连接，金属支撑杆的另一端与金属帽的一侧固定连接，金属帽的另一侧与待抛光反射镜5的背部面接触。具体地，结合图2所示的本实施方式中降温装置的横截面示意图和图3所示的金属散热触点6的示意图可知，支撑工装2包括设置在待抛光反射镜5的背部和支撑工装2之间的若干个金属散热触点6，其中每一个金属散热触点6包括金属支撑杆和金属帽，金属支撑杆的一端与支撑工装2固定连接，金属支撑杆的另一端与金属帽的一侧固定连接，金属帽的另一侧与待抛光反射镜5的背部面接触，本实施方式中金属支撑杆和金属帽的材质可以为铜、铜合金和铝材等。从原理上来讲，在真空状态下，离子束抛光时所产生的热量无法通过热传递的方式与周围环境进行热交换，本实施方式通过在支撑工装2和待抛光反射镜5的背部之间增加金属散热触点，一方面有效地增加了装置整体的比表面积，增强了热辐射，加快了装置整体的热辐射的速度，另一方面同时增加了待抛光反射镜5与支撑工装2之间的接触面积，即增加了待抛光反射镜5的散热面积，通过以上两方面的改进，最终有效降低了离子束抛光过程中待抛光反射镜5的温度，提高了待抛光反射镜5的散热效率，达到更佳的降温效果。
优选地，如图4所示，金属散热触点6还包括用于连接金属支撑杆和金属帽的压缩弹簧，其中金属支撑杆的一端与压缩弹簧的一端固定连接，压缩弹簧的另一端与金属帽的一侧固定连接。通过在金属支撑杆和金属帽之间增加存储有一定形变能的压缩弹簧，可以提高金属帽与待抛光反射镜5的背部的接触可靠性，从而提高用于反射镜离子束抛光的降温装置的稳定性和可靠性，同时压缩弹簧的比表面积更大，更有利于散热。
作为一种具体的实施方式，无论金属散热触点6中金属支撑杆直接与金属帽的一侧连接，还是金属支撑杆通过压缩弹簧与金属帽的一侧连接，其中金属支撑杆的形状可以为圆柱体或者长方体，金属帽的形状可以为圆形、椭圆形、正方形或者长方形，在本实施方式中，金属支撑杆主要起到对金属帽的支撑固定作用和导热作用，因此金属支撑杆结合现有工艺可以制作成圆柱体或者长方体形，而金属帽的作用主要是增加与待抛光反射镜5的背部的接触面积和导热，因此金属帽的形状可以为圆形、椭圆形、正方形或者长方形等，为进一步增加与待抛光反射镜5的背部的接触面积，金属帽与待抛光反射镜5的背部接触的一侧具有平整端面，如图3和图4所示，该平整端面与待抛光反射镜5的背部直接接触。
作为一种具体的实施方式，柔软导热层4将待抛光反射镜5的侧表面全部覆盖。在本发明中，全部的导热铜箔3和对应的柔软导热层4圆周均布在待抛光反射镜5的侧表面的周围，本实施方式为了进一步提高对待抛光反射镜5的降温散热效果，柔软导热层4将待抛光反射镜5的侧表面全部覆盖，与每一块柔软导热层4对应的导热铜箔3也与支撑工装2固定连接且面接触，如图5所示，柔软导热层4将待抛光反射镜5的侧表面全部覆盖，当离子源对待抛光反射镜5的表面进行轰击时，待抛光反射镜5内积累的热量可以通过周围的柔软导热层4和导热铜箔3快速传导至支撑工装2，从而极大地提高了降温效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种用于反射镜离子束抛光的降温装置，包括反射镜固定架(1)和支撑工装(2)，其特征在于，还包括两块以上的导热铜箔(3)和与每一所述导热铜箔(3)对应设置的柔软导热层(4)，
所述反射镜固定架(1)与待抛光反射镜(5)背部的盲孔相配合，并通过环氧树脂胶与所述盲孔粘贴固定连接，且所述反射镜固定架(1)与所述支撑工装(2)固定连接；
所述柔软导热层(4)设置在所述待抛光反射镜(5)的侧表面和对应的所述导热铜箔(3)之间，全部的所述柔软导热层(4)圆周均布在所述侧表面上，且每一所述柔软导热层(4)分别与所述侧表面和对应的所述导热铜箔(3)面接触，每一所述导热铜箔(3)均与所述支撑工装(2)面接触，所述柔软导热层(4)的导热率大于或者等于5W/mk，且所述柔软导热层(4)的总质量亏损小于或者等于1％或者挥发物质冷凝量小于或者等于0.1％。
2.根据权利要求1所述的用于反射镜离子束抛光的降温装置，其特征在于，
所述支撑工装(2)包括设置在所述待抛光反射镜(5)的背部和所述支撑工装(2)之间的若干个金属散热触点(6)；
所述金属散热触点(6)包括金属支撑杆和金属帽，所述金属支撑杆的一端与所述支撑工装(2)固定连接，所述金属支撑杆的另一端与所述金属帽的一侧固定连接，所述金属帽的另一侧与所述待抛光反射镜(5)的背部面接触。
3.根据权利要求2所述的用于反射镜离子束抛光的降温装置，其特征在于，
所述金属散热触点(6)还包括用于连接所述金属支撑杆和所述金属帽的压缩弹簧，所述金属支撑杆的一端与所述压缩弹簧的一端固定连接，所述压缩弹簧的另一端与所述金属帽的一侧固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的用于反射镜离子束抛光的降温装置，其特征在于，
所述金属支撑杆为圆柱体或者长方体，所述金属帽为圆形、椭圆形、正方形或者长方形。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的用于反射镜离子束抛光的降温装置，其特征在于，
所述柔软导热层(4)将所述侧表面全部覆盖。
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