DE3510414C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtgewicht­ spiegelrohlings, der ein mit Ausnehmungen versehenes Stützgerüst aufweist, das mit einer Spiegelplatte oder Rückenplatte unverrückbar verbunden wird, wobei als Werkstoffe für das Stützgerüst und die Spiegel- oder Rückenplatte solche ausgewählt werden, die den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Aus der DE-PS 30 18 785 ist die Herstellung eines Leichtgewichtsspiegels, insbesondere für astronomische Zwecke bekannt, bei dem zwischen eine Front­ platte aus Quarzglas oder hochsilikatischem Glas und eine Rückenplatte aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas ein vorgefertigtes Stützgerüst aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas eingebracht und mit diesen Platten unverrückbar verbunden wird. Dabei weisen die für die Platten und das Stützgerüst ausgewählten Werkstoffe praktisch den gleichen thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten auf. Zur Bildung des Stützgerüstes werden auf einer später zu entfernenden Trägerplatte mit einer kohlenstoffhaltigen Oberflächen­ schicht - beispielsweise Graphit - plattenförmige Teile und/oder rohrförmige Teile aus Quarzglas, Quarzgut oder hochsilikatischem Glas aufgestellt, wobei in die verbleibenden Leerräume zwischen jeweils zwei benachbarten Teilen eine zu sinternde Masse aus Körnung, kleinen Röhrchen, Stäbchen, Plättchen oder einer Mischung daraus eingefüllt und diese Anordnung mit einem Graphitrahmen in Form eines Ringes zusammengehalten wird. Zusätzlich können auf der Träger­ platte Formkörper aus kohlenstoff- bzw. graphithaltigem Werkstoff aufgestellt werden, wobei diese Formkörper nach dem Abkühlen zusammen mit dem Graphit­ rahmen und der Trägerplatte entfernt werden. Die so gebildete Anordnung wird in einem Ofen unter Aufrechterhaltung einer nichtoxidierenden Atmosphäre für einen Zeitraum im Bereich von 2 bis 6 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 1600°C aufgeheizt. Während dieses Erhitzungsprozesses versintern die Quarzglasteilchen der Masse nicht nur untereinander, sondern auch mit den vorher eingebrachten rohrförmigen Teilen. Für ein Versintern bei diesen Temperaturen sind Flußmittel erforderlich. Nach Entfernung der Graphit­ materialien wird das Stützgerüst beispielsweise durch gerichtete Wärmeein­ wirkung mittels Lichtbogen mit der Frontplatte und der Rückenplatte zu einem Leichtgewichtspiegel verbunden.

Nach dieser DE-PS ist es somit erforderlich, auf der Trägerplatte eine Viel­ zahl vorgefertigter, rohrförmiger Teile aus Quarzmaterial aufzustellen, welche nach Auffüllung mit einer Körnung aus Quarzmaterial nach dem Sintervorgang die wabenförmige Struktur des Stützgerüstes ergeben. Der von der Körnung ein­ genommene Raum läßt sich dabei durch Einsatz von Graphitformkörpern erheblich reduzieren, so daß trotz hoher Stabilität nur ein verhältnismäßig kleiner Raum mit Material ausgefüllt ist. Es handelt sich hierbei um ein verhältnismäßig aufwendiges Verfahren, bei dem in nacheinander folgenden Fertigungsstufen die als Vormaterial dienenden rohrförmigen Quarzkörper herzustellen sind und anschließend als Grundstruktur für das Stützgerüst aufgebaut und nach Auffüllung mit der Körnung aus Quarzmaterial zum Stützgerüst gesintert werden. Die Verbindung mit der Front- bzw. Rückenplatte erfolgt dann in einem dritten Schritt, beispielsweise durch Wärmeeinwirkung mittels Lichtbogen. Aufgrund der partiellen Erhitzung können dabei erhebliche Spannungen auftreten, die zur Beeinträchtigung der Stabilität führen.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, unter Wahrung der Spannungsfreiheit innerhalb des Materials eine möglichst kostengünstige Herstellungsweise anzu­ geben, die unter Verzicht auf die Verwendung bestimmter vorgefertigter Teile aus Quarzmaterial eine beliebige Gestaltung des Stützgerüstes zuläßt; weiter­ hin soll auf irgendwelche Flußmittelzusätze verzichtet werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Herstellung des Stützgerüstes Graphitformkörper innerhalb eines Graphitrahmens mit Abstand zueinander direkt auf die Spiegel- oder Rückenplatte aufgesetzt werden, in Hohlräume zwischen den Graphitformkörpern sowie zwischen Graphitformkörpern und dem Graphitrahmen eine Körnung aus kristallinem oder amorphem Quarz einge­ füllt werden, diese Anordnung in einen Ofen eingebracht und in einer nicht­ oxidierenden Atmosphäre unter einem Druck von 2 × 10^-2 bis 2 mbar auf eine Temperatur von 1710°C bis 1780°C für 2 bis 6 Stunden erhitzt wird, an­ schließend die miteinander verbundenen Teile der Anordnung zum Abkühlen im Ofen gehalten werden und nach dem Abkühlen die Graphitformkörper entfernt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahren wird die Anordnung auf eine Temperatur von 1720 bis 1740°C erhitzt.

Als Graphitformkörper werden Körper aus Graphit oder Graphit-Folie bereit­ gestellt, die Zwischenräume vorzugsweise mit einer Körnung aus Quarzglas oder Quarzgut der Korngröße 300 µm aufgefüllt und im Ofen unter Vakuum im Bereich von 2 × 10^-2 bis 2 mbar geschmolzen.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die Herstellung des Stützgerüstes und die Verbindung mit der Rücken- oder Spiegelplatte in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen, wobei die Struktur des Stützgerüstes durch einfache Veränderung von Gestalt, Größe oder Lage der Graphitformkörper veränderbar ist. Als Ausgangsmaterial für das Stützgerüst dient Quarzglas oder Quarzgut in Form einer Körnung.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b, 1c sowie der Fig. 2 näher erläutert.

Fig. 1a zeigt die aus Quarzmaterial bestehende Platte mit den aufgesetzten Graphitformkörpern.

Fig. 1b zeigt einen Querschnitt durch diese Platte nach der Auffüllung mit einer Körnung aus Quarzmaterial.

Fig. 1c zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Platte aus Quarzmaterial mit dem Stützgerüst, zu einer Einheit verschmolzen.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer quadratischen Platte mit dreieckigen Ausnehmungen.

Gemäß Fig. 1a befinden sich auf dem als Spiegelplatte oder Rückenplatte dienenden zylinderförmigen Träger 1 aus Quarz­ material in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnete Graphitformkörper 2; diese weisen im wesentlichen einen quadra­ tischen Grundriß auf, jedoch sind in den Randbereichen zur Anpassung an die kreisförmige Oberfläche des Trägers 1 die Formkörper 2 mit einem der Kreisform angepaßten Grundriß - beispielsweise in Form eines Dreiecks - versehen. Die Form­ körper 2 sind in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet, so daß die zwischen ihnen liegenden Zwischenräume 4 stets die gleiche Breite aufweisen. Der Träger 1 wird von einem umlaufenden Graphitrahmen 3 umgeben, der in Form eines Hohl­ zylinders über die Oberkante des Trägers 1 hinausragt. Der Graphitrahmen ist zwecks besserer Übersicht in Fig. 1a nur teilweise dargestellt. Als Material für den Träger 1 sind sowohl Quarzglas als auch Quarzgut geeignet.

In die gemäß Fig. 1a vorbereitete Form wird eine Körnung aus kristallinem oder amorphem Quarz eingebracht, so daß der vom Graphitrahmen 3 umfaßte Raum - d. h. der zwischen den Graphitformkörpern bzw. zwischen Graphitformkörpern und Graphitrahmen befindliche Zwischenraum 5 - vollständig aus­ gefüllt wird. Es wird vorzugsweise eine Körnung der Korngröße von 300 µm verwendet.

Fig. 1b zeigt einen Querschnitt in vertikaler Richtung entlang der Linie AB gemäß Fig. 1a. In dieser Figur sind die auf dem plattenförmigen Träger 1 aufgesetzten Graphit­ formkörper 2 erkennbar, wobei der zwischen jeweils zwei benach­ barten Formkörpern 2 befindliche Zwischenraum 4 sowie der zwischen dem Graphitrahmen 3 und dem jeweils benachbarten Formkörper 2 befindliche Zwischenraum 5 mit der Körnung so ausgefüllt wird, daß diese ausgehend vom Träger 1 aus Quarz­ material bis zur Oberkante der Formkörper 2 reicht. Die Ober­ kante des Graphitrahmens 3 entspricht dabei der Oberkante der Formkörper 2, während die Unterkante des Graphitrahmens 3 bis zur Unterkante des plattenförmigen Trägers 1 reicht und diesen während des Verfahrens formstabil hält.

Die gemäß Fig. 1b mit Quarzkörnung versehene Form wird in einen Ofen eingebracht, welcher nach seiner Evakuierung auf eine Temperatur von über 1700°C gebracht wird. Vorzugsweise wird eine Temperatur von ca. 1730°C gewählt. Die Heizdauer ist von der Größe der eingebrachten Anordnung abhängig, sie kann im Bereich von 2 bis 6 Stunden liegen. In der Praxis liegt sie bei üblichen Anordnungen im Bereich von 3 bis 4 Stunden.

Nach Abschluß des Heizvorganges wird der evakuierte Ofen mit einem Inertgas - vorzugsweise mit Stickstoff - geflutet, dessen Temperatur bei ca. 20°C liegt. Die sich daran anschließende Abkühlzeit beträgt bis zu 24 Stunden, wobei diese Zeit von der Größe des Werkstückes abhängig ist. Nach dem Abkühlen werden die Graphitformkörper 2 und der Graphit­ rahmen 3 der Anordnung entnommen, so daß der in Fig. 1c dargestellte plattenförmige Träger 1 aus Quarzmaterial mit dem aus Stegen 6 und den Randzonen 7 bestehende Stützgerüst übrigbleibt. Fig. 1c zeigt dabei eine verhältnismäßig einfache Form mit einem gitterartigen Stützgerüst. Die Stege 6 sind dabei aus der zwischen den Formkörpern 2 eingefüllten Körnung 4 entstanden, während die Randzonen 7 aus der zwischen dem Graphitring 3 und den jeweils benachbarten Formkörpern 2 befindlichen Körnung gebildet worden sind.

Je nach Stabilitätsanforderung ist es jedoch auch möglich, andere wabenförmige Strukturen des Stützgerüstes vorzusehen, wie z. B. in Form von Dreiecken oder Sechsecken.

Nach Abschluß des Fertigungsvorganges ist es möglich, die zur endgültigen Fertigstellung des Spiegelrohlings erforder­ liche zweite Platte - also Rücken- oder Spiegelplatte - auf die Stege 6 bzw. Randzonen 7 aufzubringen und durch erneutes Erhitzen mit diesen unlösbar zu verbinden. Nach Abschluß dieses Fertigungsvorganges ist es dann möglich, den Spiegel­ rohling durch Schneid- und Schleifvorgänge mit der erwünschten planen oder gewölbten Oberfläche zu versehen.

Es ist jedoch auch möglich, anstelle des bisher ebenen Trägers aus Quarzmaterial einen gewölbten Träger mit einem entsprechenden Stützgerüst zu versehen. In einem solchen Fall werden die an Oberkante und Unterkante entsprechend der Spiegelwölbung abgerundeten Formkörper entsprechend der in Fig. 1a dar­ gestellten Figur aufgestellt. Auch in diesem Fall wird die Anordnung von einem Graphitrahmen umgeben, welcher eine Ausfüllung gemäß Fig. 1b ermöglicht. Bei verhältnismäßig dünnwandigen Trägern ist dabei zusätzlich eine Abstützung durch Graphitformkörper mit entsprechend gewölbter Oberfläche auf der dem späteren Stützgerüst abgewandten Seite möglich.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem quadratischen platten­ förmigen Träger 1, dessen Stege 6 so angeordnet sind, daß sie dreieckige Ausnehmungen bilden. Die Fertigstellung erfolgt analog zu dem oben beschriebenen Beispiel. Dabei wird um den plattenförmigen Träger ein Graphitrahmen in Form eines Rechtecks eingesetzt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Leichtgewichtspiegelrohlings, der ein mit Ausnehmungen versehenes Stützgerüst aufweist, das mit einer Spiegelplatte oder Rückenplatte unverrückbar verbunden wird, wobei als Werkstoffe für das Stützgerüst und die Spiegel- oder Rückenplatte solche ausgewählt werden, die den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Stützgerüstes Graphit­ formkörper (2) innerhalb eines Graphtirahmens mit Abstand zueinander direkt auf die Spiegel- oder Rückenplatte aufgesetzt werden, in Hohlräume zwischen den Graphitformkörpern sowie zwischen Graphitformkörpern und dem Graphitrahmen (3) eine Körnung aus kristallinem oder amorphem Quarz ein­ gefüllt wird, diese Anordnung in einen Ofen eingebracht und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre unter einem Druck von 2 × 10 ^-2 bis 2 mbar auf eine Temperatur von 1710°C bis 1780°C für 2 bis 6 Stunden erhitzt wird, anschließend die miteinander verbundenen Teile der Anordnung zum Abkühlen im Ofen gehalten werden und nach dem Abkühlen die Graphitformkörper (2) entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung auf eine Temperatur von 1720°C bis 1740°C während einer Zeit von 3 bis 6 Stunden erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Graphit­ formkörper (2) Körper aus Graphit oder Graphit-Folie aufgesetzt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Körnung mit einer Korngröße von etwa 300 µm ein­ gefüllt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ofen nach Abschluß des Heizvorganges mit Inertgas ge­ flutet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Stick­ stoff eingesetzt wird.