DE10125554A1 - Ultraleichter und ultrasteifer vollkeramischer Reflektor und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Ultraleichter und ultrasteifer vollkeramischer Reflektor und Verfahren zur Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betifft einen ultraleichten und ultrasteifen vollkeramischen Reflektor und ein Verfahren zur Herstellung eines Reflektors, wobei keramisches Material (2) auf eine erste Oberfläche (4) einer gemäß der Reflektorkontur vorgeformten keramischen Frontplatte (1) aufgebracht und mit der Frontplatte (1) monolithisch verbunden ist.

Description

Durch die stetig steigenden Anforderungen an neue größere, hochkomplexe und leistungsfähige Reflektoren ist es notwendig, diese Reflektoren noch leichter, steifer und leistungsfähiger zu machen. Eine Möglichkeit hierzu ist, solche Reflektoren aus keramischen Materialien herzustellen.
Bisher wurden keramischen Reflektoren vor allem aus Glas oder Glaskerami­ ken, gesintertem Siliziumcarbid oder C/SiC hergestellt. In diesen Fällen wur­ den die Reflektoren aus einer dicken Platte hergestellt, wobei dreieckförmige oder hexagonale o. ä. Strukturen ausgefräst wurden, um diese Reflektoren ent­ sprechend den Anforderungen mit einem möglichst geringen Flächengewicht herzustellen. Insbesondere im Falle von Glas ist die Bearbeitung sehr aufwän­ dig und damit auch mit sehr hohen Kosten verbunden, so dass die vorge­ nannten Strukturen nur sehr langsam und aufwändig mit teuren Spezialwerk­ zeugen herausgearbeitet werden können.
Bei gesintertem SiC und C/SiC erfolgt die Bearbeitung der Struktur bei den bisher bekannten Verfahren im sogenannten Grünzustand, d. h. in einem rela­ tiv weichen Zustand, so dass die Bearbeitung wesentlich einfacher und kos­ tengünstiger ist. Bei gesintertem SiC tritt jedoch beim Sinterprozess ein nicht unerheblicher Schrumpf auf, der nicht genau gleichbleibend ist und somit zu deutlich größeren Nacharbeiten im keramischen Zustand führt als bei C/SiC. Im Gegensatz zu Glas weisen die SiC-Keramiken eine bis zu 100 mal bessere Wärmeleitfähigkeit und eine deutlich höhere spezifische Steifigkeit auf. Was diese Werkstoffe für hochsteife Reflektoren geradezu prädestiniert.
Aus DE 42 07 009 C2 und DE 43 29 551 A1 ist bekannt, dass C/SiC Reflekto­ ren aus einem porösen Kohlenstoff-Trägerkörper hergestellt werden, indem diese durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Fräsen, in die not­ wendige Endform gebracht werden.
Dieses Verfahren ist nicht nur relativ aufwendig, sondern es birgt die Gefahr, dass gerade bei Reflektoren, die ein extrem niedriges Flächengewicht von deutlich kleiner 15 Kg/m2 oder gar kleiner als 10 Kg/m2 aufweisen sollen, die Struktur bei der mechanischen Bearbeitung beschädigt wird, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Materialeigenschaften führt bzw. derartige Flächengewichte überhaupt nicht herstellbar sind. Das Flächengewicht defi­ niert sich dabei als das Gewicht pro Fläche, wobei bei Reflektoren die Dicke des Reflektors und seine Fläche in einem definierten Verhältnis zueinander stehen. So wird beispielsweise im allgemeinen bei einer Genauigkeit der Re­ flektor-Kontur von /10 eine Dicke des Reflektors gewählt, die nicht kleiner ist als ein Zehntel des Durchmessers des Reflektors.
Ebenfalls aus DE 42 07 009 C2 ist bekannt, dass keramische Wabenstrukturen mit einer dichten Deckschicht aus Kohlefasergewebe-Prepregs verbunden werden und so eine Leichtgewichtskonstruktion erreicht wird. Diese Technik weißt jedoch gerade unter thermischen Zyklen den entscheidenden Nachteil auf, dass das Material der Waben und der Deckschicht in den thermo­ mechanischen Eigenschaften nicht kompatibel ist, was zu Delaminationen und/oder Rissen führt, und zudem die Wärmeleitfähigkeit der Deckschicht sehr gering ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung leichter Reflektoren ist in US 6,206,531 beschrieben. Dort wird die Verwendung einer Kernstruktur aus ei­ nem Schaum vorgeschlagen, wobei anschließend zur Herstellung des gesam­ ten Reflektors eine relativ aufwändige Schichtstruktur erzeugt werden muss. Auch bei einem so hergestellte Reflektor kann es außerdem zur Ablösung der Schichten voneinander aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungsverhalten kommen, wie dies auch bei der DE 42 07 009 der Fall ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen weniger fehleranfälligen leichten und steifen Reflektor sowie ein verbessertes Verfahren zu dessen Her­ stellung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9.
Die Erfindung umfasst einerseits einen Reflektor, beinhaltend ein keramisches Material mit einem niedrigen Flächengewicht. Gemäß der Erfindung ist vorge­ sehen, dass das keramische Material auf eine erste Oberfläche einer kerami­ schen Frontplatte aufgebracht ist, die gemäß der gewünschten Reflektorkontur vorgeformt ist. Damit kann auf einfache Weise eine definierte Kontur des Re­ flektors erzielt werden. Es ist außerdem vorgesehen, dass das keramische Material mit der Frontplatte monolithisch verbunden ist, wobei die Frontplatte und das keramische Material weitgehend die gleichen thermischen Eigen­ schaften haben. Damit wird die Fehlerquelle eines möglichen Ablösens ver­ schiedener Schichten einer Reflektorstruktur, wie sie beispielsweise bei der US 6,206,531 auftreten kann, vermieden.
Um eine besonders leichte und trotzdem steife Konstruktion zu erhalten, kann insbesondere als keramisches Material ein poröses Material - insbesondere ein keramischer Schaum - oder eine keramische Wabenstruktur vorgesehen wer­ den. Speziell kann für das keramische Material ein C/SiC-Schaum oder eine C/SiC-Wabenstruktur vorgesehen werden.
Es können weiterhin auf der ersten Oberfläche der Frontplatte Erhebungen und/oder Vertiefungen aus dem gleichen Material wie das der Frontplatte vor­ gesehen werden. Diese können entweder dazu dienen, durch eine Verzah­ nung mit dem keramischen Material eine verbesserte Verbindung zwischen Frontplatte und keramischem Material herzustellen, oder sie können bei­ spielsweise in Form von Rippen oder Kanälen zur Verbesserung der thermi­ schen Eigenschaften beitragen, beispielsweise zur Ausbildung von Passagen für ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium. Wenn das keramische Materi­ al als poröses Material, beispielsweise als Schaum, ausgebildet ist, oder auf sonstige Weise eine gewisse Durchlässigkeit aufweist, so kann dieses Material selbst entsprechend seiner Durchlässigkeit als Passage für ein Temperiermedi­ um verwendet werden. Es kann daher vorgesehen werden, dass ein Wärme­ austausch zwischen dem keramischen Material und einem Temperiermedium besteht. So kann beispielsweise ein Keramikschaum, mit oder ohne eine Rip­ pen- oder Kanalstruktur, als integraler Wärmetauscher des Reflektors zur Wärmeübertragung beispielsweise von der Spiegeloberfläche auf ein Kühlme­ dium (Gas oder Flüssigkeit) eingesetzt werden. Das keramische Material kann aber grundsätzlich auch eine Wabenstruktur statt oder zusätzlich zu einer po­ rösen Struktur aufweisen. Umgekehrt kann auch eine Erwärmung der Reflek­ torstruktur durch ein Temperiermedium vorgesehen sein.
Um eine weitere Gewichtsreduktion der Reflektorstruktur bei weitgehend gleichbleibender Steifigkeit zu erzielen, kann vorgesehen werden, dass auf das keramische Material eine Rückplatte aufgebracht ist, die aus dem gleichen Material besteht, wie die Frontplatte. Dann kann die Gesamtstruktur entspre­ chend dünner gemacht werden. Um wiederum mögliche Fehlerquellen auf­ grund unterschiedlicher Schichten der Struktur auszuschließen, wird vorgese­ hen, dass die Rückplatte mit dem keramischen Material monolithisch verbün­ den ist. Es können grundsätzlich auch für die Rückplatte analog zur Frontplatte je nach Erfordernis Erhebungen und/oder Vertiefungen vorgesehen werden.
Durch die gleichmäßige Aussteifung der Reflektorstruktur, wie sie die Erfin­ dung gerade für den Fall eines porösen keramischen Materials vorsieht, wird im Gegensatz zum Stand der Technik ein Schleifen und Polieren der Spiegel­ fläche ohne störende Quilting-Effekte (Steppdecken-Effekte), also ohne ein lokales Aufwölben der Reflektor-Struktur, ermöglicht. Solche Effekte ergeben sich beim Schleifen oder Polieren von Strukturen, wie sie beispielsweise die DE 42 07 009 beschreibt, die keramische Materialien mit einer Wabenstruktur o­ der ähnlichen Stützrippen beinhalten. Beim Schleifen oder Polieren ist dann der Materialabtrag über den Stützrippen aufgrund der höheren Steifigkeit der Struktur in diesen Bereichen größer als über den Bereichen zwischen den Stützrippen, da in diesen übrigen Bereichen die Struktur aufgrund einer meist gegebenen gewissen Biegsamkeit des Materials nachgiebiger ist. Das Material weicht folglich in diesen übrigen Bereichen unter dem Polierdruck nach unten aus. Nach Wegnahme des Polierdruckes steigen in diesen übrigen Bereichen Buckel auf. Dies wird gerade bei Verwendung poröser keramischer Materialien vermieden.
Es kann weiterhin vorgesehen werden, dass eine schleifbare und polierbare Oberflächenbeschichtung auf der Frontplatte aufgebracht ist und die Oberflä­ chenbeschichtung mit der Frontplatte monolithisch verbunden ist. Dadurch wird einerseits erreicht, dass die Reflektoroberfläche direkt geschliffen und auf die erforderliche Rauhigkeit, insbesondere zur Erzielung eines möglichst ge­ ringen Streulichtpegels, poliert werden kann. Die monolithische Verbindung verhindert wiederum mögliche Fehlerquellen. Durch die monolithische Ver­ bindung aller wesentlichen Komponenten des Reflektors wird erreicht, dass der gesamte Reflektor einschließlich der polierten Spiegelfläche aus einem monolithischen Material besteht. Es liegen daher im Gegensatz zum Stand der Technik keine unterschiedlichen Schichten mit unterschiedlichen Materialei­ genschaften vor, die als Fehlerquellen wirken können.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Reflek­ tors, wobei ein keramisches Material mit niedrigem Flächengewicht auf eine erste Oberfläche einer keramischen Frontplatte aufgebracht wird, welche ge­ mäß der Reflektorkontur vorgeformt ist, und wobei anschließend das kerami­ sche Material mit der Frontplatte monolithisch verbunden wird. Die Vorteile eines solchen Verfahrens wurden bereits vorstehend anhand der damit her­ stellbaren Reflektoranordnung erläutert.
Es kann weiter vorgesehen werden, dass vor dem Aufbringen des keramischen Materials auf der ersten Oberfläche der Frontplatte Erhebungen und/oder Vertiefungen aus dem gleichen Material wie das der Frontplatte erzeugt wer­ den. Die Anwendungsmöglichkeiten für solche Erhebungen und/oder Vertie­ fungen wurden ebenfalls bereits erläutert. Außerdem kann zur weiteren Ver­ steifung auf das keramische Material eine Rückplatte aufgebracht werden, die aus dem gleichen Material besteht, wie die Frontplatte, wobei die Rückplatte mit dem keramischen Material monolithisch verbunden wird. Zusätzlich kann eine schleifbare und polierbare Oberflächenbeschichtung auf der Frontplatte aufgebracht werden und die Oberflächenbeschichtung kann mit der Front­ platte monolithisch verbunden werden. Die Vorteile dieser möglichen Maß­ nahmen wurden ebenfalls bereits anhand der erfindungsgemäßen Reflektor­ anordnung erläutert.
Es sind grundsätzlich unterschiedliche Verfahren zur Herstellung des kerami­ schen Materials denkbar. Im Rahmen der Erfindung wird bevorzugt ein Verfah­ ren vorgesehen, bei dem zur Herstellung des keramischen Materials eine po­ lymere Struktur mit einer Suspension aus einem keramischen Ausgangsmateri­ al, welches Silizium enthält, überzogen wird und anschließend unter Luftab­ schluss pyrolysiert wird. Die polymere Struktur kann beispielsweise durch ein Eintauchen in die Suspension oder unter Ausnutzung von Kapillareffekten bei Verwendung einer porösen polymeren Struktur mit der Suspension überzogen werden. Durch die Pyrolyse wird die polymere Struktur zerstört, es verbleibt ein keramisches Zwischenprodukt, das weitgehend die Struktur der polymeren Struktur vor deren Pyrolyse besitzt.
Für das weitere Fertigungsverfahren kann das keramische Zwischenprodukt nach der Pyrolyse mit Hilfe eines Klebers mit einer Frontplatte und/oder mit einer Rückplatte verbunden werden. Frontplatte bzw. Rückplatte bestehen dabei aus einem Kohlenstoff enthaltenden Material. Der Kleber enthält bevor­ zugt Siliziumcarbid und/oder Kohlenstoff und/oder Silizium. Anschließend erfolgt eine Infiltration eines Silizium enthaltenden Materials bei Temperaturen über 1350°C. Damit wird eine monolithische Verbindung der einzelnen Komponenten des Reflektors erzielt und es entsteht dabei das endgültige ke­ ramische Material. Die geeignete Wahl der Werkstoffe, wie hier dargestellt, für das keramische Material bzw. das keramische Zwischenprodukt, die Front­ platte, die Rückplatte und gegebenenfalls auch für den Kleber trägt mit zur Re­ alisierung dieser monolithischen Verbindung bei.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfol­ gend anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reflektor
Fig. 2 Vergrößerter Ausschnitt eines Querschnittes nach Fig. 1
Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird ein keramischer Schaum 2 zumindest mit einer keramischen Frontplatte 1 verbunden bzw. es wird die Frontplatte 1 bei der Herstellung der Schaumstrukturen 2 direkt an der jeweiligen Schaumstruktur 2 integriert. Das Verfahren ist grundsätzlich statt für eine keramische Schaumstruktur 2 auch für eine keramische Waben­ struktur anwendbar.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des keramischen Schaumes wird eine poröse polymere Struktur, vorzugsweise Polyurethan in Form eines Schaumge­ rüstes oder ein sonstiges Ausbrandmittel, wie z. B. ein Polyamidgranulat ver­ wendet. Dieses Ausgangsmaterial wird entweder in eine Suspension eines ke­ ramischen Ausgangsmaterials getaucht, was in einem einzigen Verfahrens­ schritt oder in mehreren Tauchschritten erfolgen kann, oder es wird eine sol­ che Suspension beispielsweise unter Ausnutzung von Kapillareffekten in die polymere Struktur eingesogen. Anschließend erfolgt bei Temperaturen von 100 bis 160°C eine Trocknung der Struktur.
Wichtig bei diesem Verfahren ist, dass die Bestandteile der Suspension Mate­ rialien beinhalten oder aus den gleichen Materialien bestehen, wie die noch aufzubringende keramische Frontplatte 1. Zu diesem Zweck wird eine Suspen­ sion verwendet, die aus einem Schlicker aus einer Aufschlämmung von feinem SiC, Si und Kohlenstoff in einem organischen Flüssigkeitsgemisch besteht. Ei­ ne solche Suspension kann insbesondere nach den folgenden Einzelschritten hergestellt werden.
Unter der Zugabe des Bindemittels wird das Siliziumcarbidpulver vermischt. Die Viskosität wird auf eine wässerige Konsistenz durch Zugabe des Lösungs­ mittels eingestellt. Vorzugsweise wird als Lösungsmittel ein organisches Lö­ sungsmittel, beispielsweise ein Gemisch aus Isopropylalkohol, Butylacetat, Butandiol und Polyethylenglykol als Bindemittel Phenolharz oder Novolacke verwendet. Dieses Gemisch wird unter ständigem Rühren dispergiert. Nach der Homogenisierungszeit werden Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Feinstgraphit und/oder Ruß und/oder Kohlefasern zugegeben. Nun wird das gesamte System in einem handelsüblichen Homogenisator dispergiert. Als letztes wird bei bestimmten Anwendungen noch Silizium zugegeben, um si­ cherzustellen, dass insbesondere bei integralen Strukturen bei dem anschlie­ ßenden Thermalprozess der Flüssiginfiltration die Keramisierung der Schaum­ struktur vollständig erfolgt.
In gleicher Weise können auch keramische Wabenstrukturen hergestellt wer­ den, die vorzugsweise im Rohzustand aus Hartpapier, einer polymeren Struk­ tur oder einem ähnlichen pyrolysierbaren Material bestehen und entsprechend in eine oben beschriebenen Suspension getaucht werden.
Nach der Aushärtung der Schaumstruktur (analoges gilt bei Verwendung einer Wabenstruktur) wird die polymere Struktur in einem Thermalprozess zwischen 900°C und 1200°C, idealerweise bei etwa 1000°C unter Luftabschluss vor­ zugsweise unter Stickstoff oder unter Vakuum pyrolysiert. Der Schlicker geht in ein keramisches Zwischenprodukt über, das bei Zimmertemperatur hart, bei Temperaturen größer 50°C jedoch eine gewisse Flexibilität aufweist.
Nach der Pyrolyse wird das keramische Zwischenprodukt, das bereits eine Schaumstruktur besitzt, fest mit einer Frontplatte 1 und/oder Rückplatte 3 aus einem Carbon-Carbon-Material verbunden. Die Frontplatte 1 besitzt dabei i­ dealerweise bereits zumindest weitgehend die gewünschte Oberflächenkontur des späteren Reflektors. Die Rückplatte 3 ist optional und kann zur zusätzli­ chen Versteifung der Struktur vorgesehen werden. Ebenso können grundsätz­ lich auch zusätzliche Seitenplatten vorgesehen werden. Bei Verwendung von Wabenstrukturen gilt analoges. Die Verbindung der Platten 1, 3 mit kerami­ schen Zwischenprodukt erfolgt mit Hilfe eines Klebers, welcher aus einem Bindemittel und zumindest Siliziumcarbid, bevorzugt zusätzlich noch aus Kohlenstoff, besteht. Der Kleber enthält damit also zumindest weitgehend die­ selben Substanzen wie die Schaumstruktur. Dadurch ist sichergestellt, dass kein unterschiedliches Verhalten von Kleber und Zwischenprodukt bzw. Schaumstruktur bei dem nachfolgend beschriebenen Thermalprozess auftritt, was sonst zu störenden Erscheinungen, wie Rissbildung oder Schrumpfung führen könnte.
Aus konstruktiven und/oder thermalen Gründen können auch Rippen bzw. Kanalstrukturen 7 auf der Rückseite der Frontplatte 1 und/oder Rückplatte 3 vorgesehen werden und in diesem Fall werden Schaumsegmente des Zwi­ schenprodukts in die entsprechenden Segmente der Frontplatte 1 bzw. Rück­ platte 3 geklebt. Die verklebten Strukturen werden anschließend bei Tempe­ raturen zwischen 70°C und 170°C ausgehärtet.
Nach dem Aushärten der Struktur wird diese unter Vakuum bei Temperaturen von 1350°C bis 1700°C, idealerweise bei etwa 1600°C mit Silizium infiltriert. So entsteht aus der Carbon/Carbon-Struktur der Platten 1, 3 wie auch aus dem keramischen Zwischenprodukt und dem Kleber eine keramische C/SiC Struk­ tur, bei der im Gegensatz zu Sinterprozessen von monolithischer Keramik na­ hezu kein Schrumpf auftritt. Aus der verklebten Struktur entsteht dabei eine monolithische Struktur aus C/SiC-Frontplatte 1 mit C/SiC-Schaum 2, mit eventu­ ellen zusätzlichen C/SiC-Platten als Rückplatte 3 und Seitenplatten. Durch Varia­ tion der Porosität der ursprünglichen Schaumstruktur können Flächengewicht und Steifigkeit des Reflektors eingestellt und optimiert werden.
Nach dem Infiltrationsprozess wird die Struktur gereinigt, vorzugsweise durch Sandstrahlen, sodass eine glatte Oberfläche frei von überschüssigem Silizium aus dem vorherigen Prozess entsteht. Nun wird die spätere Reflexions- Oberfläche 5 weitgehend entsprechend der gewünschten Endform grob vorgeschliffen. Dieses Vorschleifen soll im wesentlichen die Einhaltung der ge­ wünschten Kontur der Reflexionsschicht des Reflektors sicherstellen.
Nach dem Vorschleifen wird zumindest die Oberfläche 5 mit einer Beschich­ tung 6 versehen. Hierfür können grundsätzlich alle Beschichtungen vorgese­ hen werden, die zur Herstellung einer schleifbaren und polierbaren Oberfläche geeignet sind, insbesondere solche, die monolithisch mit der Frontplatte 1 ver­ bunden werden können und dazu ähnliche Materialien beinhalten wie die Frontplatte 1. Nachfolgend wird ein spezielles Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung beschrieben.
Zur Herstellung der Beschichtung 6 erfolgt die Herstellung eines Schlickers in Form einer Dispersion, welches aus Bindemittel, Lösungsmittel, metallischem und/oder keramischem Pulver sowie Kohlenstoff besteht. Damit kann die C/SiC-Frontplatte 1 derart beschichtet werden, dass in anschließenden Polier­ abläufen eine RMS-Oberflächenrauhigkeit von < 1 µm, vorzugsweise sogar kleiner 10 nm, erzielt werden kann.
Die Herstellung der Dispersion für die keramische Beschichtung erfolgt nach den im folgendend dargestellten Einzelschritten.
Unter Zugabe des Bindemittels wird Siliziumcarbidpulver mit diesem Binde­ mittel vermischt. Die Viskosität des 2-Stoff-Gemisches aus Siliziumcarbidpulver und Bindemittel wird auf eine ölige Konsistenz durch die Zugabe des Lö­ sungsmittels eingestellt. Vorzugsweise wird als Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, beispielsweise ein Gemisch aus Isopropylalkohol, Butylacetat, Butandiol und Polyethylenglykol verwendet. Dieses ölige Gemisch wird mittels eines handelsüblichen Homogenisators dispergiert. Nach der Homogenisie­ rungszeit wird Kohlenstoff, vorzugsweise in Form von Feinstgraphit oder Ruß, zugegeben. Nach dieser Zugabe wird das Stoffsystem nun wiederum in dem Homogenisator dispergiert. Als letztes wird das metallische Pulver, vorzugs­ weise metallisches Silizium, zugegeben und anschließend kann das gesamte Stoffsystem nochmals homogenisiert werden. Während des gesamten Homogenisierungsprozesses kann stets Lösungsmittel zugegeben werden, um die für die spätere Anwendung notwendige Viskosität einzustellen. Die Viskosität richtet sich im wesentlichen nach dem Beschichtungsverfahren, mit welchem das Substrat, also insbesondere die Frontplatte 1 und gegebenenfalls auch die Rückplatte 3, später beschichtet werden soll. Während des Homogenisie­ rungsprozesses wird bevorzugt die Viskosität mit geeigneten Meßmethoden wie beispielsweise mit einem handelsüblichen Viskosimeter oder Auslaufbe­ cher kontrolliert.
Das Aufbringen der Schlicker-Dispersion kann in einer Spritztechnik, vorzugs­ weise mit Hilfe von Lackierwerkzeugen, erfolgen, wobei idealerweise mit ge­ eigneten Werkzeugen einer Entmischung der Dispersion entgegengewirkt wird, um Inhomogenitäten an einzelnen Stellen zwischen der Beschichtung und dem Substrat bzw. Fehlstellen in der Beschichtung zu vermeiden.
Die Beschichtung kann in mehreren Einzelschritten erfolgen, d. h. die gesamte Beschichtung kann statt in einer einzigen Schicht auch in mehreren Schichten aufgetragen werden. Hierbei können beispielsweise Einzelschichten bis zu 0,5 mm erreicht werden. Nach jedem Beschichtungsvorgang kann bevorzugt eine Trocknung der jeweiligen Schicht vorgenommen werden. Eine solche Trock­ nung kann beispielsweise in einem entsprechenden Trockenschrank erfolgen. Hierbei richtet sich die Trocknungszeit im wesentlichen nach der Schichtdicke und nach der Anzahl der bereits aufgetragenen Schichten. Die Trocknungszeit zwischen den einzelnen Beschichtungen kann beispielsweise zwischen 30 Mi­ nuten und 120 Minuten betragen. Die Trocknungstemperatur liegt idealerwei­ se unterhalb von 150°C und beträgt beispielsweise zwischen 70 und 120°C.
Sobald die Beschichtung 6 gemäß den vorgenannten Arbeitsschritten fertigge­ stellt ist, wird das beschichtete Substrat in einem Thermalprozess unter Vaku­ um oder Schutzgas auf Temperaturen oberhalb 1600°C aufgeheizt. Bei die­ sem Thermalprozess kommt es, analog zum vorher beschriebenen Verfahren, auf Grund der Reaktionsaffinität zwischen Silizium und Kohlenstoff zur Bildung von Siliziumcarbid, größtenteils zu -SiC, wobei der in der Beschichtung 6 vorhandene Kohlenstoff teilweise mit dem in der aufgetragenen Schicht vorhan­ denem Silizium und/oder teilweise mit dem im Substrat der Frontplatte 1 vor­ handenen Restsilizium in der Matrix der Frontplatte 1 zu Siliziumcarbid rea­ giert. Durch einsetzende Diffusionsprozesse zwischen dem Silizium im Sub­ strat der Frontplatte 1 und dem Kohlenstoff in der Beschichtung 6 kommt es zu einer Kontaktreaktion durch Bildung von Siliziumcarbid, wodurch es zu einer festen Anbindung der Beschichtung 6 an die Frontplatte 1 kommt. Es erfolgt dabei die Ausbildung einer monolithischen Struktur. Durch das in der Be­ schichtung 6 vorhandene Siliziumcarbid wird gewährleistet, dass sich während des Thermalprozesses eine sehr dichte Oberflächenschicht ausbildet, welche auf Grund einer optimeriten Korngrößenverteilung erzielt werden kann. Durch eine geeignete Auswahl des Stoffsystems des Schlickers kann während des Thermalprozesses erreicht werden, dass die sich ausbildende Schicht keine Porosität ausbildet, also weder eine offene noch eine geschlossene Porosität, und die Beschichtung 6 somit keine Fehlstellen aufweist. Nach Ende dieses Thermalprozesses kann die beschichtete Frontplatte 1 mit für optische An­ wendungen geeigneten Bearbeitungsmaschinen poliert werden.
Ein erfindungsgemäßer Reflektor zeichnet sich durch mehrere Vorteile aus:
Verminderte Herstellungskosten: Verglichen beispielsweise mit der relativ komplizierten Frästechnik für die Reflektor-Rückseite, wie sie im Stand der Technik offenbart ist, ist das Aufbringen des C/SiC Schaumes einfach. Die monolithische Verbindung des Schaumes mit seiner Frontplatte geschieht auf einfache Weise während und zusammen mit der Si-Infiltration der Frontplatte.
Die Erzielung eines extrem niedrigen Flächengewichtes von weniger als 15 Kg/m2, insbesondere von weniger als 10 Kg/m2 ist möglich.
Aufgrund der monolithischen Struktur des gesamten Reflektors liegen keine un­ terschiedlichen Materialschichten mit unterschiedlichen thermischen Eigen­ schaften vor, d. h. es besteht nicht die Gefahr einer Ablösung verschiedener Materialschichten voneinander oder einer Rissbildung aufgrund eines unter­ schiedlichen Ausdehnungsverhaltens.
Bei Verwendung poröser oder auf sonstige Weise durchlässiger keramischer Materialien wie einer Schaumstruktur 2 ergibt sich eine bessere Wärmeüber­ tragung von der Frontplatte 1 in das keramische Material 2 bzw. an ein Tempe­ riermedium (z. B. Luft oder Flüssigkeit), das dem keramischen Material 2 zu dessen Durchströmung zugeführt werden kann. Soll Wärme, die beispielsweise durch das Auftreffen hoher Strahlungsleistungen auf die Reflektor-Oberfläche in die Reflektor-Frontplatte 1 eingebracht wird, abgeführt werden, so kann insbe­ sondere eine aktive Kühlung, z. B. durch rückwärtig eingeblasene Luft oder ein­ geführtes flüssiges Kühlmittel, erfolgen. Es ergibt sich dabei beispielsweise, dass der Wärmeübergang auf durch eine Schaumstruktur 2 geblasene Luft 10 mal hö­ her ist als bei einer Reflektorstruktur ohne Schaum oder vergleichbares poröses Material. Dies ergibt sich, da die innere Oberfläche der Schaumstruktur 2 sehr viel größer ist als die Oberfläche, die von Luft oder einem ähnlichen Kühlmittel umströmt werden kann, wenn keine Schaumstruktur 2 oder ähnliche poröse Struktur vorliegt.
Der "Quiltingeffekt" (= "Steppdeckeneffekt") wird vermieden: Der bereits be­ schriebene Steppdeckeneffekt, der typisch für die herkömmlichen Strukturen mit Stützrippen ist, kann, wie leicht einsichtig ist, insbesondere bei einer Ausbildung des keramischen Materials als poröses Material, beispielsweise als Schaum­ struktur, vermieden werden.
Der beschriebene vollkeramische C/SiC Leichtgewicht-Reflektor kann insbe­ sondere als Element für optische Geräte, z. B. Teleskope oder ähnliches, bei­ spielsweise in der Raumfahrttechnik, verwendet werden.

Claims (14)

1. Reflektor, beinhaltend ein keramisches Material (2) mit einem niedri­ gen Flächengewicht, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Materi­ al (2) auf eine erste Oberfläche (4) einer gemäß der Reflektorkontur vorge­ formten keramischen Frontplatte (1) aufgebracht und mit der Frontplatte (1) monolithisch verbunden ist.
2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als kera­ misches Material (2) ein poröses Material, insbesondere ein keramischer Schaum, oder eine keramische Wabenstruktur vorgesehen ist.
3. Reflektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein C/SiC-Schaum oder eine C/SiC-Wabenstruktur vorgesehen ist.
4. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, dass auf der ersten Oberfläche (4) der Frontplatte (1) Erhebungen und/oder Vertiefungen (7) aus dem gleichen Material wie das der Frontplatte (1) vorgesehen sind.
5. Reflektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen­ strukturen oder Kanalstrukturen (7) vorgesehen sind.
6. Reflektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem keramischen Material (2) und einem Temperiermedium besteht.
7. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, dass auf das keramische Material (2) eine Rückplatte (3) aufgebracht ist, die aus dem glichen Material besteht, wie die Frontplatte (1) und dass die Rückplatte (3) mit dem keramischen Material (2) monolithisch verbunden ist.
8. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, dass eine schleifbare und polierbare Oberflächenbeschichtung (6) auf der Frontplatte (1) aufgebracht ist und die Oberflächenbeschichtung mit der Frontplatte (1) monolithisch verbunden ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Reflektors, dadurch gekennzeich­ net, dass ein keramisches Material (2) mit niedrigem Flächengewicht auf eine erste Oberfläche (4) einer gemäß der Reflektorkontur vorgeformte keramische Frontplatte (1) aufgebracht wird und mit der Frontplatte (1) monolithisch ver­ bunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des keramischen Materials (2) auf der ersten Oberfläche (4) der Frontplatte (1) Erhebungen und/oder Vertiefungen (7) aus dem gleichen Material wie das der Frontplatte (1) erzeugt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass auf das keramische Material (2) eine Rückplatte (3) aufge­ bracht wird, die aus dem gleichen Material besteht, wie die Frontplatte (1) und dass die Rückplatte (3) mit dem keramischen Material (2) monolithisch ver­ bunden wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine schleifbare und polierbare Oberflächenbeschichtung (6) auf der Frontplatte (1) aufgebracht wird und die Oberflächenbeschichtung (6) mit der Frontplatte (1) monolithisch verbunden wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Herstellung des keramischen Materials (2) eine polymere Struktur mit einer Suspension aus einem keramischen Ausgangsmaterial, wel­ ches Silizium enthält, überzogen wird und anschließend zur Erzeugung eines keramischen Zwischenproduktes unter Luftabschluss pyrolysiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Pyrolyse das keramische Zwischenprodukt mit Hilfe eines Klebers mit einer Frontplatte (1) und/oder mit einer Rückplatte (3) aus einem keramischen, Kohlenstoff enthaltendem Material verbunden wird und anschließend eine Infiltration eines Siliziums enthaltenden Materials bei Temperaturen über 1350°C erfolgt.
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