JPH07198917A - 反射体又はミラーの製造方法及び反射体 - Google Patents

反射体又はミラーの製造方法及び反射体

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JPH07198917A JP5071238A JP7123893A JPH07198917A JP H07198917 A JPH07198917 A JP H07198917A JP 5071238 A JP5071238 A JP 5071238A JP 7123893 A JP7123893 A JP 7123893A JP H07198917 A JPH07198917 A JP H07198917A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的性質及び熱的性質が改善された反射体
又はミラーの製造を容易にする。 【構成】 軽量な反射又は鏡面構造を作るために、充分
な厚みの金属シリコンが、製造されるべきコンポーネン
トの寸法を持つCFC又はCMC基質プレフォーム構造
に対して熱処理、特に1300〜1600℃の間の温度
による真空下又は保護ガス下での熱処理により融着され
る。この方法により、反射又は鏡面構造は、直接形成さ
れる。シリコンが、非鉄金属を用いた溶融共融体の一層
により基質フォームに結合されるウエハーの形で施され
るときには、作業は300〜600℃の間の温度で可能
である。非鉄金属は金であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、反射体又はミラーを生
産する方法及びその方法にしたがって製作された反射体
又はミラーに関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】多くの光学材料が屈折又は反
射による光線の規則正しい透過のために用いられ、双方
の性質を同時に利用することができる。屈折により機能
する材料は、その屈折率及びその透過率の波長依存性に
より主として特徴付けられる。ミラー及び反射体の場
合、重要な特徴は波長の関数としての反射率である。適
当な厚さの金属層が反射しない光線を吸収する。誘電体
ミラーでは、殆ど吸収のないように作ることができる
が、重大な要素は、大気の影響に抵抗する能力と、保護
コーティングによってどの程度それが増加し得るかとい
うことである。
【0003】スペクトルの可視領域では、多数の透明度
の高いガラスが利用できるものの、紫外線及び赤外線領
域ではそうではない。この場合、ガラスには少数の結晶
とそこから引き出された材料とが補充されるが、その最
も重要な性質は高透過率である。これら材料のいくつか
(例えば、BaF2 、CaF2 、LiF、Al2 3
SiO2 )は紫外線領域から赤外線領域にかけて透明で
あるため、広帯域かつ多重スペクトルシステムに適して
いる。これら材料のいくつかが有する欠点はその高い水
溶性であり、そのため保護コーティングが施されなけれ
ばならないし、及び/又はミラーは完全に乾燥した空気
中でしか使用できない。
【0004】等方性又は異方性の単結晶(結晶の種類に
よる)は天然堆積物から得られるか、又は人工的に作ら
れる(溶融集合体から引き出される)。多結晶材料(等
方性)は圧力焼結により作られる。ほとんどの用途には
等方性材料のみが適当である。異方性結晶は偏光光学機
器に用いられる。
【0005】等方性である半導体シリコンは、鋭いカッ
トオフを備えるロングパスフィルタとして働き、その結
果可視光線を近傍の赤外線領域から分離する。通常使用
される2mm厚(反射を減少するように処理されていな
い)の多結晶シリコンは、約0.53の透過率τを有す
る。波長が増加するにつれ、透過率は約16μmの最小
値を通り、300μmより上の領域における0.4〜
0.5に達するまで再び増加する。この性質が、その有
利な熱特性との組み合わせにより、シリコンを赤外線光
学機器に主として用いられ得るようにし、その脆性にも
かかわらずミラー基板として利用され得るようにしてい
る(資料1:Naumann/Schroder Bauelemente der Opti
k,5th edition,p.64,Hanser Verlag )。
【0006】表面ミラーは、色消作像と屈折材料の透過
に付随する他の誤差の回避とにより、屈折システムに多
くの利点を提供する。しかしながら、光線の偏角におけ
る変化が入射角における変化の2倍となるので、与えら
れた光学的要求に対して、ミラー表面は、形状と微小構
造の精度に関して屈折界面よりも厳しい基準を満たさな
ければならない。ミラーの別の特性はその分光反射率カ
ーブの形状である。塊状金属体の表面を、ミラーとして
直接用いることができる程度に研磨するのは可能である
が、この方法は今日、例外的な場合にのみ用いられてい
る。一般的に、ミラー層はミラー基板に施される。金属
ミラー基板は予め研磨され、それがミラー表面の形態の
精度を左右する。ミラー層は通常、高真空におけるスパ
ッタリングにより、又は化学的方法により基板に形成さ
れる。そして、ミラー層は基板表面の形状に正確に合致
して分光反射率関数を決定し、場合によっては保護層と
共に、反射関数の暫定的な安定性を決定する。ミラー層
として好ましい材料はアルミニウム、クロム、ニッケ
ル、水銀、銀、金、プラチナ及びロジウムのような金属
であるが、一酸化シリコン(SiO)及び二酸化シリコ
ン(SiO2 )も用いられる(資料1)。
【0007】ミラー基板及び反射体に用いられる材料は
機械的及び熱的に高安定性を持たねばならない。大型ミ
ラーは位置が変わる時にその自重によって変形する。λ
の一部による変位が対抗力によって防止されるか補償さ
れなければならない。温度変化及び不均一な温度分布が
内部応力及び変形を誘起する。従って、精密ミラーの基
板材料に対する重要な要求事項は、高い弾性係数Eと非
常に低い熱膨張係数αである。さらに、材料は、散乱光
の比率が極めて低く、最も望ましい滑らかな表面に達す
るまで研磨可能でなければならない。
【0008】この点に関して、ほとんどの金属表面は好
ましくない。なぜなら、それらの内部組織は、結晶粒界
での不均一な性質が研磨後における表面の不均一性を生
じさせる可能性があるからである。これにもかかわら
ず、純銅、アルミニウム及びモリブデン合金と圧力焼結
ベリリウムを含む幾種類かの金属がミラーとして用いら
れている。しかし、化学的に形成された燐化ニッケルの
層によりそれら金属の研磨可能性を改善する必要があ
る。金属ミラーは高い熱膨張性を有するが、その良好な
熱伝導率の故に、例えば高性能レーザのような限定され
た用途を有する。現在のところ、ガラス及びガラス質セ
ラミックが大きな重要性を持つ。
【0009】ある種の構造的成分が、特に航空宇宙用途
において、相対的に軽い重量との組み合わせで機械的及
び熱的に高安定性を備えることが要求される。さらに、
小さな熱膨張係数によって、熱衝撃に対する良好な抵抗
力を伴わなければならない。例えば、将来の人工衛星は
使用中に回転するミラー構造を備えることになる。これ
らのミラーは例えば800×600mmのように大き
く、正面に光学的に反射する表面を備えなければならな
い。
【0010】宇宙空間で用いられる装置は0から700
Kにわたる循環的な温度変化にさらされる可能性があ
り、それにより装置のサイズに見合う剛性に加えて、こ
れらの装置は熱的抵抗力及び熱衝撃抵抗力、単位容積当
たりの軽い重量、さらには最低ではないが小さな熱膨張
を備えることが保証されなければならない。これらの基
準に合致する材料のグループは、同時に反射光学器械に
要求される品質の表面特性を持たなければならない。
【0011】現在のところ用いられる従来のミラー構成
部品はガラス質セラミックからなる。その製造工程は、
白金炉におけるLiO2 、Al2 3 、MgO、ZnO
及びP2 5 のような種々の酸化物粉末の溶融を含む。
溶融物が均質化された後、圧延、鋳造及び他のガラス形
成工程により所要形状の目的物が生産される。次にガラ
ス構成部品が急激に冷却されてから金型から取り外さ
れ、続いて約700℃の温度まで制御された方法で焼き
戻される。この工程で結晶“種”が非晶質(等方質)ガ
ラス内で形成する。特定温度が適当な時間にわたって保
持されると、この種形成が結晶の成長につながり、ガラ
スの“セラミック化”を完成してガラス質セラミックを
生ずる。
【0012】この結晶ガラス質セラミックは、熱膨張が
273Kから323Kの温度範囲について僅かに0±
0.15×10-6-1と小さい利点を有する。ミラー用
の材料としては、しかしながら、このガラス質セラミッ
クは限定された用途しか持たない。その理由は、ガラス
質セラミックが精巧な整形手順によってのみ生産され、
さらに、2.53g/cm3 の比較的高い単位容積当た
りの重量ならびに低い引張強度及び少なからぬ脆性破断
特性を有するためである。これに加えて、このようなガ
ラス質セラミックが200〜300K及び360〜48
0Kの温度範囲で引張ヒステリシスを受けるため、一定
又は最高温度で423Kにおいてのみしか光学構成部品
用に使用できない。700Kを超える温度においては、
材料の内部構造が回復不能な形で破壊される(資料2:
SIRA;ESTEC-Contract No.5976〜84NL/PR;October 198
5)。
【0013】経済的に有利なアルミニウムから軽量(相
対重量2.71g/cm3 )のミラー構成部品を製造す
る試みも行われた。しかしながら、アルミニウムの低い
剛性の故に、現在までのところ精密光学器を製造するこ
とは不可能である。腐食性の環境中での使用のため、ア
ルミニウムミラーはニッケルの厚い(0.2〜0.5m
m)コーティングを備えなければならない。アルミニウ
ム(23×10-6-1)とニッケル(13×10
-6-1)との熱膨張における大きな相違の故に、これら
のミラーはいかなる温度変動にもさらされてはならな
い。温度変動は熱的に誘起される破断を生じ得る。
【0014】真空中で使用可能であるような純粋なアル
ミニウムからなるミラーは、僅かに熱応力がかかっても
局部的な変形を呈する。これは、光学ミラー表面が極め
て高い熱膨張係数を有しているからである。これらのミ
ラーが例えば距離測定用のレーザミラーとして用いられ
る時、このような変形が不明確な測定結果をもたらす可
能性がある(資料2)。
【0015】石英ガラスに基づく反射光学器械も最新技
術である。0から273Kの範囲においてはゼロに近い
これらガラスの極めて低い熱膨張係数の故に、石英ガラ
スシステムはいわゆる極低温用途に対して非常に適して
いる。273Kと373K間の範囲においては、石英ガ
ラスの熱膨張係数は5.1×10-7-1に増加する。他
の欠点は、2.2g/cm3 の比較的高い単位容積当た
りの重量、低い剛性、<50MPaの低い引張強度、高
い生産経費、及び複雑な製造工程の故の約500mmま
での直径の制限である(資料:W.Englisch,R.Takke,SPI
LE,Vol.1113,Reflective Optics II 1989,pages 190-19
4 ページ)。
【0016】その機械的及び熱的特性並びにその僅かに
1.85g/cm3 の比較的軽い単位容積当たりの重量
が、ベリリウムを軽量ミラー構造の製造について特に適
切なものにしている。例えば、ベリリウムは剛性がアル
ミニウム又はガラス材料の5倍である。被覆されたベリ
リウム板は15オングストローム未満の表面粗さ(R
a)まで研磨することができ、それにより光学的反射面
に極めて適したものとなる。
【0017】原材料及び製造工程の高い経費に加えて、
ベリリウム構造に特有の欠点は、その全体的な毒性にあ
る。大気条件下でベリリウム構造を光学的構成要素とし
て使用するには、まずニッケルで被覆しなければならな
い。ベリリウム(11.2×10-6-1)とニッケル
(15×10-6-1)とは熱膨張係数が異なるので、こ
れら構成要素は熱衝撃を必ず避けなければならない。従
って、一定温度又は極めて狭い温度範囲でしかこれらを
使用することができない。
【0018】真空高温圧縮技法により、又は熱間静水圧
焼結法により製造されたベリリウム構成要素は、結晶方
向が異なると異なる性質を呈するような異方特性を有す
ることも判明している。宇宙空間条件では、被覆されて
いないミラーを用いることができる。しかしながら、高
い熱膨張係数の故に、通常ミラーが遭遇する0と700
Kとの間の温度変動が光学表面の局部的変形を生じ、こ
れがベリリウムを精密光学器械用に用いることを不可能
にし(資料1)、人工衛星ミラーの場合には重大な通信
障害ももたらす。
【0019】この種類のミラー構造はいわゆるすべり鋳
造技法により、炭素シリコンに基づくモノリシックセラ
ミックからも現在製造されている。この鋳造工程では、
炭素シリコン粉末の懸濁液が雌型形状の石膏型に入れら
れる。懸濁液がこの石膏型で費やす時間に従い、様々な
肉厚のセラミック本体が生じる。これが未加工状態の雄
型構成要素となる。ブランクが乾燥した後、焼結工程が
真空中又は保護大気炉中で2200℃に達する温度にお
いて行われる。この製造技術は未加工成形体を生産する
ための精巧な型の構成を必要とするばかりでなく、特定
形状及び小さなサイズのものしかできない欠点があり、
工程全体が高い不良率に悩まされる。これらの成形され
た炭素シリコン本体が乾燥及び焼結の間に収縮するた
め、これらの寸法の所要精度はダイヤモンドバイトによ
る高価な機械加工によってのみ確保される。さらに、焼
結成形体の不均一組織は、表面粗粗さ40オングストロ
ーム未満に下げるためには、それに化学蒸着法により炭
素シリコンを被覆する必要がある。炭素シリコンはこれ
らの精巧な製造及び機械加工工程を必要とするばかりで
なく、3.2g/cm3 の比較的高い単位容積当たりの
重量を有しているし、極めて脆くもある。
【0020】ドイツ特許明細書32 46 755 A
1から、極めて安定した、軽量複合材料が細胞状又は蜂
の巣状層と組み合わされた各種の積成層から構成できる
ことが知られている。用いられる原材料の中には、人工
樹脂に含浸された繊維状マット、紙のウエブ、プラスチ
ック、フォイル又はガラス、炭素繊維マットあるいはポ
リイミドがある。細胞状又はハニカム状層は、成形され
た品物に対してより良好な安定性と曲げに対する増加し
た抵抗力を付与する意図を有する。
【0021】炭素繊維又はガラス繊維により補強された
プラスチックに基づく結合材料は室温用途にのみ限定さ
れる。繊維又は積層構成要素の不均一構造が、光学ミラ
ー面を表面加工で作ることを不可能にしている。本発明
の目的は、先行技術のものに勝る改良された機械的/熱
的性質を備える軽量反射体又はミラーの生産方法で、先
行技術の方法の複雑性を実質的に克服又は減少するもの
を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電磁波
反射用の反射体又はミラーの生産方法が提供されてお
り、この方法は、反射体又はミラー用基板構造を形成す
るプレフォームを高温耐熱材料から生産する工程と、指
定方向に電磁波を反射できる表面を形成するために金属
シリコンの外層を熱処理により基板構造の少なくとも一
つの面に対して付着する工程とを備えている。
【0023】好ましくは、前記熱処理は溶融熱処理又は
焼結溶融のいずれかからなるものとする。さらに好まし
くは、基板プレフォームが炭素繊維複合体(CFC)又
はセラミックマトリックス複合体(CMC)のいずれか
からなるものとする。下記の説明においては、炭素又は
炭素繊維の用途が反射体のプレフォームの構成に関する
基本的材料として説明されている。しかしながら、この
点に関して、同様の精密構造特性を具備する材料も本発
明の範囲内で使用できることを明確に述べる必要があ
る。中心構造上へのシリコン反射体層の確実な固定を可
能にするために「含浸」され得るあらゆる適当な材料が
使用できる。
【0024】なお、下記の説明が外層の構成用のシリコ
ンプレフォーム又はウエハーの使用について一般的に言
及していることを指摘する必要がある。粒状又は粉状の
金属シリコンも使用できるが、この場合、研削及び/又
は研磨のような後続の機械加工が必要になる。しかしな
がら、追加加工なしに充分に反射する表面を提供するウ
エハーを使用する場合、この方法はとりわけ単純なもの
になる。
【0025】炭素繊維補強材を備えるカーボンマトリッ
クスからなるCFC複合体は、樹脂含浸法及び炭化法に
より工業的に生産される。その結果得られる材料は、低
い単位容積当たりの重量(1.0−1.7g/cm3
及び低い脆性と結合した、例えば宇宙空間及び高温にお
ける高い機械的安定性のような並外れて有利な特性の組
み合わせにより特徴付けられる。
【0026】CFCの優れた材料特性に反する傾向は、
酸素含有雰囲気中での本材料の使用の可能性を著しく制
限するその低い酸化抵抗力である。現在は、その低酸化
抵抗力がCFCの使用を真空又は保護雰囲気中に限定さ
せている。これは、真空又は保護雰囲気中で使用しなけ
れば、400℃以上の温度で材料が燃焼してしまう理由
による。
【0027】この材料の酸化抵抗力を増大するために、
いわゆるセラミックマトリックス複合体(CMC)が開
発された。この複合体では耐火性物質及びセラミック構
成要素が多孔性CFCマトリックスに浸透されている。
短炭素基質繊維がフェノール樹脂懸濁液中で溶解されて
温度増加時に硬化するような短繊維からなるエレメント
を製造することも可能である。無酸素状態でさらに温度
が上昇した場合、2つの複合品質の樹脂バインダーが炭
化する。
【0028】本発明に従って作られた反射体は、炭素補
強されたCFCやCMC、あるいはカーボンハニカム複
合体を基本構造要素として具備し、表面金属シリコンを
付加的に備える。この場合、金属シリコンは、拡散、焼
結又は溶融の工程により、シリコンプレフォームやウエ
ハー又はシリコン粉末としてCFCキャリヤ基板に付着
される基本的シリコンを意味するものとして理解されて
いる。シリコンウエハーは、高純度シリコンからなる薄
い金属小片である。シリコンは等方性及び多重結晶性構
造を具備できる。
【0029】本発明は、複合した形態、高い温度衝撃抵
抗力、小さな相対重量(0.5−2g/cm3 )と同時
に高い引張強度(>150MPa)、低い熱膨張係数及
び反射光学器械に適した表面を備える構成要素の製造を
可能にする。本発明に従う当該方法の別の長所は、任意
の工作機械によって加工可能な、経済的価格の市販材料
が使用できる点にある。
【0030】さらに、本構成要素の密度及び強度は、基
板構造及び浸透工程の量又は質の適切な選択により、望
ましいように調整可能である。本発明に従って用いられ
る材料グループの熱膨張整数が相互に近似しているの
で、寸法が大きい場合であっても安定した形状の精密な
構成要素が得られる。いかなるCFC原材料も有利に使
用できるが、特に、長い又は短い繊維に基づき、かつ方
向性又は非方向性繊維構造を備えるものが有利である。
さらに、本発明に従う本方法は、紙、セルローズ又は炭
素繊維に基づく既知のハニカム状構造に適用できる。
【0031】CFCブロックの密度は多くても1.4g
/cm3 である。即ち、高い多孔性を有する。細孔は別
として、ブロック本体は空洞を持たないので、ブロック
はその形状に関しては例えばプレート、煉瓦状又は中密
円柱のような塊状の物体である。長繊維構造を有する多
次元方向性CFCの品質に関しては、原則として、樹脂
含浸炭素繊維ウエブ、いわゆるプレプレグ機から作業を
始め、それを加熱可能な軸方向のプレスでCFCに押し
込む。
【0032】短繊維に基づくCFCブロックを生産する
ためには、当該技術で周知のように、炭素又は黒鉛繊維
が熱硬化性樹脂結合剤中で縣濁される。懸濁液が型に注
がれ、次いで溶液が例えば加熱により除去され、樹脂結
合剤が次にCFCブロックが硬化される。全CFC品質
において、繊維補強材はセラミック化したCFC材料の
脆化を防ぎ、準延性破面作用を維持する目的を有する。
既知の成形方法により製造される例えば硬質紙又は炭素
繊維によるハニカム状構造は、樹脂結合剤好ましくはフ
ェノール樹脂の含浸により炭素収量を増加するため処理
され、さらに後続の熱処理により硬化される。
【0033】次の段階:真空又は保護雰囲気中での例え
ば900〜1300℃の温度における樹脂結合剤の炭
化:は、すべてのCFC又はハニカム状構造に共通であ
る。このようにして得られたCFCブロック又はハニカ
ム構造体は、炭素マトリックス及び繊維の少なくとも部
分的な黒鉛化を得るため、次に真空又は保護雰囲気中で
2000℃以上の温度まで加熱されるのが好ましい。
【0034】次いでCFCブロックは、例えば人工衛星
その他の光学的反射システムの基本ミラー構造のよう
な、製造される構成要素の寸法を有するCFC半加工品
を生産するため機械加工される。この工程における材料
の除去は、例えば、金属材料の機械加工に通常用いられ
るのと同じ機械により、施削、フライス削り又は研削に
より行うことができる。さらに重量を削減するため、C
FC半加工品を機械加工する間任意の所要外形のポケッ
トをミラー構造の背面にフライス削り、浸食又は穿孔に
よって都合の良い形で付けることができる。炭化処理
後、樹脂結合剤により任意の種類の炭素繊維ウエブ又は
ウエブプリプレグの前面に炭素ハニカム構造を積層して
複合体を形成する。さらに、ハニカム構造を高多孔性短
繊維CFCの形へプレスすること、又は各々がCFCウ
エブに収納された数個のハニカム状構造を一緒にプレス
することによりサンドイッチシステムを構成することが
可能である。このようにして、炭化処理後、高い剛性及
び準延性破面挙動を備え、高い熱安定性を有する、軽量
構造材料が得られる。
【0035】ブロックと同様に0.1〜1.3g/cm
3 の低密度を有し、そのため体積の90%に至る高多孔
性を有する、機械加工後に得られるCFC及びハニカム
状半加工品は、樹脂結合剤を含浸させてそれを炭化する
ことによりさらに安定化できる。CFC半加工品の必要
な強化及びそれによる基本ミラー構造の剛性増加を得る
別の方法は、密度が最大1.4g/cm3 に、好ましく
は0.3〜1.0g/cm3 に達するまで、化学的蒸着
により熱分解性炭素を溶浸させることである。樹脂含浸
においてはフェノール樹脂が好ましいが、炭素の化学的
蒸着においては、メタン又はプロパンのような炭化水素
と、アルゴン又は窒素のような不活性ガスの混合物とを
700〜1100℃の温度及び1〜100mbの圧力で
使用するのが好ましい。この混合ガスは、多孔性構造中
で拡散・分解して炭素及び水素を形成し、この炭素は、
表面上又は繊維の交差点において、好ましくは熱分解性
炭素として蒸着されて構造を強化する。
【0036】いずれかの溶浸工程から得られたCFC半
加工品は反射用の表面が研磨され、真空又は保護雰囲気
炉の中に入れられる。1個又は数個の金属シリコンプレ
フォームが(半加工品の)研磨された側に置かれ、試料
が1300〜1600℃、好ましくは1350〜145
0℃の温度に加熱される。炭素とシリコンとの化学反応
の結果、シリコンカーバイドが境界面において形成され
て合体又は接合を生じ、それによりシリコンウエハーを
CFC基板に取り付ける。化学反応に加えて、金属シリ
コンの融着及び拡散もウエハーをCFC半加工品に接合
させ、光学的に反射する構造を形成する。
【0037】金属シリコンウエハーは、例えばシリコン
カーバイド及び珪素をマトリックスに含む、いわゆるセ
ラミックマトリックス複合体(CMC)に、1300〜
1600℃の温度で付着できる。本発明による方法の特
に有利な別の形は、反射するように作られる表面が1個
又は複数のシリコンプレフォーム又はシリコンウエハー
に覆われ、さらにこのように準備された基板を溶融ドー
プシリコンの溜まりにその下端が来るように位置決めす
る。基板構造中の毛細管引力により、溶融シリコンがC
FC半加工品中をその上部表面上にある高純度シリコン
のプレフォームに達するまで上昇する。最初に、CFC
半加工品がこれによりCMCになり、その上に位置する
シリコンプレフォーム又はウエハーが相互に接合され、
それらの背面が基板に固定される。これに加えて、機械
的手段により組み立てられた数個の分離した要素からな
る基板がシリコンの上昇により単一ユニットに合体され
る。
【0038】CFC半加工品に溶浸するため用いられる
溶融金属シリコンの量は、CFC半加工品の密度が2.
0g/cm3 、好ましくは1.5〜1.8g/cm3
満となるようにする必要がある。市販で入手可能な金属
シリコン単結晶ウエハーが基板に対する付着後に光学的
に反射する表面を直ちに形成するような方法で予め研削
及び研磨され、それにより機械加工サイクルが最小限に
減少されるか、又は全く省かれるようにすると都合が良
い。付着されるシリコン要素の大量溶融、変形及び揮発
を防ぐためには、1550℃の最大プロセス温度を超過
してはならない。プロセス温度は、好ましくは1350
〜1500℃である。本発明による方法の特に有利な別
の形においては、シリコンプレフォームが取り付けに先
立って接着剤又は樹脂結合剤によってCFC又はCMC
あるいはハニカム状基板に接着され、これが後続の熱処
理中に基板とシリコンプレフォーム間の境界面における
拡散、焼結又は溶融の工程を容易にする。
【0039】接着剤又は樹脂結合剤としては、ポリシラ
ン又は浸炭窒化珪素の前駆物質及び/又は珪素、炭化珪
素又は炭素あるいはシリコーンの接着剤を使用すること
が有利である。反応固定プロセスの前に、接着剤は10
0〜200℃の温度で乾燥又は硬化されなければならな
い。樹脂結合剤の熱分解は、真空又は保護雰囲気中にお
いて1000℃で起こる。
【0040】ポリシラン(ポリメチルフェニルシラン)
は、例えば、1200℃の不活性気体の下での熱分解後
に、溶液に応じて重量比で30%から最大70%までの
セラミック固定収量をもたらす。大きな温度変動のな
い、例えば250Kから300Kの範囲の温度における
ミラー及び反射体の用途については、基板とミラー層間
の充分に堅固な付着が基板構造に対するシリコン部分を
シリコーンで接着することにより得られる。
【0041】ガラスフリットも、600℃以上の適切な
焼き入れにより、シリコンプレフォームを溶融プロセス
によりCFC又はCMC基板に固定するために使用でき
る。本発明による方法は、さらにCFC、CMC又はハ
ニカム基質構造に対していわゆるマルチレイヤーとして
使用されるべき、ドーピング又は融点に関して相違する
幾つかのシリコンプレフォーム又はSiウエハーに用い
ることがでる。上記のシリコンプレフォームは、融点の
最も低いものが基質上に直接置かれかつその上に設けら
れるシリコンプレフォームのすべては高い融点を持つよ
うな方法で施されるのが望ましい。例えば、ドーピング
されていない高純なシリコンは1412℃の融点を持
つ。シリコンの融点は、ドーピングする不純物の量に応
じて、共融体の形成により低下し得る。
【0042】上記の如く製造されたコンポーネントに
は、例えば衛星ミラーの光学的な反射面を作り出すため
の仕上げプロセスがさらに施される。仕上げには、研磨
機,ラッピング機、ポリッシング機並びに金属加工に通
常用いられる工具、特にダイアモンド工具を使用するこ
とができる。反射面/鏡面がウエハーからなる時には、
溶融プロセスの為の温度はウエハーの平滑な外面が溶融
しないように設定される。非平滑面を有するシリコンプ
レフォームの場合、又はSiパウダーが用いられる場合
は、反射面は溶融体の凝固により先ず作り出され、次に
平滑に研磨されかつ磨かれる。
【0043】本発明の別の方式では、CFC又はCMC
基質に施されたシリコンプレフォームは少なくとも表面
的に硬質シリコンカーバイド(SiC)に変換され得
る。特に、化学的な作用又は研削作用を受けることのあ
る用途の場合は、シリコンミラー層を持つミラー又はリ
フレクターは炭素を含有する700℃以上の雰囲気下に
置かれる。ここで、シリコンは、炭素と反応して磨耗に
耐え得るシリコンカーバイド層を形成する。例えば、1
200〜1300℃の温度では、シリコンはメタン及び
アルゴン又は水素からなるガス混合体と反応してシリコ
ンカーバイドを形成する。900〜1200℃の温度範
囲では、C2 8 及びH2 からなるガス混合体もシリコ
ンカーバイドを形成せしめることができる。
【0044】CFC又はCMC基質上のシリコン鏡面
は、シリコンプレフォームを施す方法だけではなく、本
発明に従って基質にシリコンパウダーを適用することに
よっても形成できる。この場合、金属シリコンパウダー
は、CFC又はCMC基質の表面上に散布されて、真空
下あるいは1000℃以上(好ましくは1300〜16
00℃)の保譲雰囲気中で反射性を付与されかつ溶融さ
れる。冷却後、CFC又はCMCの鏡面又は反射面構造
は、研磨プロセスにより鏡面又は反射面になり得る連続
的な表面シリコン層を持つ。
【0045】本発明による他の有利な方法は、広帯域或
いはマルチスペクトルシステムの様な用途の為の二酸化
シリコン(SiO2 )又は石英に表面が変換され得るシ
リコンミラー層をCFC又はCMC基質上に設けること
ができる。この場合には、鏡面又は反射面構造、もしく
は反射シリコン面を持つ他の光学コンポーネントの全体
が、500℃以上、好ましくは800〜1000℃の酸
素含有雰囲気(好ましくは空気)にさらされることによ
り、金属シリコンは表面的に酸化されて二酸化シリコン
(SiO2 )になる。
【0046】本発明の他の見地によれば、CFC又はC
MC基質をベースとする、特に複合鏡面又は反射体シス
テム若しくはは他の光学的コンポーネントを作る為に鏡
面性又は反射性シリコン表面が高温イソスタテイツク加
圧(HIP)により結合されることにより連続表面固定
を伴う複合材料を作ることも可能になる。高温イソスタ
テイツク加圧技術は、圧力と熱とをミラーコンポーネン
ト上に同時に組み合わせて施すことになる。圧力は、反
射体構造のすべての辺にガスの形で与えられかつ200
0barに達し得る。全面にガス圧を受けるため、鏡面
及び反射体の形状には制約がない。しかし、CFC又は
CMC基質に結合されたシリコン層にガスが侵入し界面
での結合を阻害しないよう注意することが必要である。
従って、鏡面構造は、結合される表面が外部からのガス
加圧から隔離されるように、例えば高温イソスタテイツ
ク加圧の前にスチールコンテナーの中に閉じ込められ
る。CFC又はCMC基質をシリコン鏡面化するための
作業中の温度は、シリコンの融点以下である。HIPプ
ロセスは、1412℃以下、好ましくは1100〜14
12℃の間で行われる。表面シリコン層とCFC又はC
MC基質との間では、拡散結合が形成される。対象物中
の均一な熱拡散を伴う全周辺に作用するガス加圧は、複
雑な形の場合にも表面の均質かつ完全な結合を保障す
る。
【0047】この場合には、シリコンプレフォームのC
FC又はCMCへの上記の無圧状態下での結合の場合の
ように、Si鏡面層及び基質コンポーネントは、加圧下
での焼結法により互いに加圧されかつ永続的なアンカリ
ング、インターロッキング及びアンダーカッティングを
形成する。この場合にも、シリコンプレフォーム又はウ
エハーは、その形状又は化学組成の如何を問わず、シリ
コンパウダーと同様に、鏡面又は反射性のシリコン表面
を作る為に有効に使用される。
【0048】シリコンプレフォームの基質構造への固定
は、シリコンプレフォームが基質構造に固定される前に
シリコンプレフォームに金をコーティングすることによ
り、かなり低いプロセス温度で可能になる。従って、あ
る用途の場合には、保護ガス又は真空なしの常圧下で作
業することができることになる。350〜400℃の温
度範囲においては、シリコンは金と塑性変形可能な溶融
共融体を形成する。この結果、シリコンプレフォーム、
例えばウエハーを、基質構造に300〜600℃の温度
で融着することが出来る。
【0049】金は、熱膨張係数がシリコンと近似してい
る為に、温度変動による熱損傷のおそれが少ない利点を
持つ。金が持つ別の利点は、それが化学的に不活性であ
るがために、シリコンとしか反応しないことである。こ
のため、限定された条件では、金がコートされたシリコ
ンプレフォームは、約300〜450℃の低温域の常圧
下で基質上に融着し得る為に、保護ガス中又は真空下で
の融着を行う場合に比べてコストを大幅に引き下げるこ
とが可能となる。然し、シリコンプレフォームと基質構
造との間の接触が極めて高い品質でなければならない時
は、真空中での焼結が好ましい。
【0050】シリコンプレフォームは、例えば金箔を貼
るか又はスパッタリングのような物理的な蒸着により金
をコートされ得る。コーティングされた金の厚みは、
0.5〜50μmmである。原則的に、金の層は、シリ
コンプレフォームに対するよりも反射性が与えられるた
めの基質の表面の方が形成し易い。金の代わりにシリコ
ンと塑性変形可能な溶融共融体を形成し得る他の非鉄系
金属又は材料を使用することが原則的に可能である。例
えば、500〜650℃の温度範囲に於いてシリコンと
溶融共融体を形成するアルミニウムが用いられる。然
し、アルミニウムは、酸化により焼結を阻止するAl2
3 層を形成することがあるため、真空下又は保護ガス
中で利用されなければならない。また、アルミニウム
は、シリコンよりも熱膨張係数が大きいので、著しい温
度変動を伴う用途への適用が制限される。
【0051】個々のケース毎のコーティング材料の選択
は、用途、品質および材料又は製造プロセスのコストに
よって決まる。
【0052】
【実施例】本発明の方法の幾つかの例を、次に図面を参
照しながら説明する。 実施例1:直径が150mmでありかつ35重量%のフ
ェノール樹脂コンポーネントを含むサテン織りの40カ
ーボンファイバー織布プリプルグ(prepreg)を
加熱可能なアキシヤルプレスの中で200℃で8分間圧
縮加工し、直径150mmでありかつ壁厚が12mmの
CFCプレフォームを作成した。成型プロセスにより作
られた目的物、例えばこのディスクは、次に酸素が遮断
された反応器の中で、即ち真空中又は保護ガス中で、約
1000℃で炭化される。カーボンファイバーの反応性
を最小に抑える為に及び/又は弾性係数を変えるため
に、ブロックは、酸素のない、即ち真空中又は保護ガス
中で2000℃以上の温度で処理される。この結果、フ
ェノール樹脂の炭化により形成された基質(matri
x)カーボンは、少なくとも一部がグラファイト化され
る。このグラファイト化は、例えば30K/分の速度で
加熱しかつ2100℃で2時間保持することにより達成
される。このようにして得られたCFCブロックは、
1.0g/cm3 の厚みを持つ。
【0053】ブロックは、次に切削、ミリング又は研削
等の機械加工されることにより、図6に示すようにブラ
ンクが形成される。これが光学的な反射鏡構造の基質と
なる。このブランクには、再び500barの加圧オー
トクレーブの中でフェノール樹脂が含浸される。圧力含
浸後、金属シリコン製のプレフォーム(直径123m
m,壁厚0.8mm)がコンポーネントに接着される。
接着剤には、100℃の空気中で乾燥されても収縮しな
い、Kager社製のタイプRTS7700のシリコン
カーバイド接着剤が例えば用いられる。含浸されたコン
ポーネントは、1000℃及び10mbarに設定され
た反応器中で改めて炭化される。加熱速度は、2K/分
でありかつ保持時間は12時間である。
【0054】シリコンプレフォームが取り付けられかつ
密度が1.18g/cm3 の前記ブランクは、次に真空
炉の中で20K/分の速度で1390℃まで加熱されか
つその温度で30分間保持される。室温まで冷却された
後、シリコンディスクは、変形することなく確実にCF
Cにインターロックされる。カーボンコンポーネントの
断面を検鏡したところ、シリコンプレフォームがCFC
基質に確実にインターロックされ、割目やポアーを生じ
ていないことが確認された。サブミクロンダイアモンド
懸濁液を用いた磨きテストの結果、シリコン表面は、困
難なく磨くことができて表面粗さ(Ra)を15オング
ストローム以下に設定できることがわかり、光学的反射
構造には極めて適合したものと言える。 実施例2:長さが10〜30mmの短いカーボンファイ
バーが、フェノール樹脂懸濁液中でスラリー化される。
懸濁液のファイバー含有量は40重量%である。懸濁液
は、直径150mm、高さ100mmの円筒モールドに
注入される。フェノール樹脂中に含まれる溶剤は、60
〜70℃の真空中で除去される。温度が180℃に上昇
すると、フェノール樹脂が硬化する。モールドから取り
出された円柱状のCFCブロックは、実施例1の場合と
同様に、無酸素状態で炭化される。
【0055】このようにして得られた内部的にほぼ等方
性を示すCFCブロックは、密度が0.55g/cm3
であり、また、空げき率(prosity)は70vo
l.%である。カーボンファイバーの反応性を最少に抑
えるため及び/又はフェノール樹脂から形成された基質
カーボンを少なくとも部分的にグラファイト化させる為
に、実施例1で説明したのと同様に、2000℃以上の
温度でグラファイト処理が行われる。
【0056】衛星用ミラー構造の基質として用いること
が出来る、図8及び図9に示されたコンポーネントは、
円柱上のブロックから施盤、ミリングマシン及び/又は
研磨機等での加工により作り出される。コンポーネント
には、化学蒸着法により熱分解性のカーボンが浸透され
る。このプロセスは、プロパンとアルゴンとを1:5の
割合で含む、分圧が2mbarで750℃の真空炉中で
5時間に渡って行われる。このプロセスの完了時には、
コンポーネントの密度は0.90g/cm3 であり、か
つその開放空げき率は約30%に減っていた。
【0057】次に、コンポーネントはグラファイト容器
の中の高温真空室の中に入れられる。グラファイト容器
の底部は、溶融金属シリコンにより被覆されている。溶
融シリコンは、毛細管現象によりブランクの中を上昇
し、ポアーのほぼ全部を充填する。さらに温度が上昇し
て約1750〜1800℃になると、金属シリコンの一
部は熱分解性カーボンと結合してシリコンカーバイドに
なる。
【0058】室温にまで冷却されたコンポーネントは、
密度が1.75g/cm3 であり、基質(matri
x)の70%が反応していない遊離した金属シリコンで
ある。凹部16及び穿孔17を持つ、上記によって得ら
れたセラミック−マトリックス−コンポサイト(CM
C)コンポーネント10は、次に、正面が鏡面になるよ
うに研磨機により磨かれる。直径が123mmで壁厚が
1.0mmのシリコンプレフォーム11が、磨かれた表
面に接着剤又は樹脂バインダを使用することなく置か
れ、そのまま保護雰囲気炉の中に配置される。アルゴン
ガス中で、コンポーネントは、30K/分の速度で14
05℃迄加熱される。20分間保持された後、全体が室
温まで冷却される。
【0059】シリコン部分の固定又は結合状態を点検す
る為に、コンポーネントは鋸断され、その断面が磨かれ
る。シリコンは、割目、ポアー又はは他のギャップを生
じることなく焼結融着していることが、図1から図4に
示された顕微鏡写真からわかる。CMC基質中のシリコ
ンとシリコンプレフォームとの間の拡散と焼結により、
インターロッキングが明らかに完成していた。
【0060】プロセスの完了後、ミラー構造は、熱ショ
ックに対する耐性に関して調べられた。構造体は、0〜
700Kの温度変動を100回くり返された後に磨かれ
て内部組織を調べられた。基質、シリコン又はこれらの
界面には、割目が生じていなかった。50×4×4mm
のサイズを持つロッドがミラー構造の表層から鋸断採取
されて膨張計による測定が実施された。0〜700Kの
温度範囲内では、ミラー材料の熱膨張係数は僅か2.0
×10-6-1であった。 実施例3:CFC円柱体ブロックが実施例1に従って作
成される。炭化、グラファイト化及び化学蒸着法による
浸透の行われた後に、CFC円柱体は図8及び図9に示
された形状に機械加工される。壁厚が0.8mmのシリ
コンウエハーが、極めて多孔質のCFCコンポーネント
にWacker社製のポリシラン前駆体により接着され
る。180℃のアルゴン雰囲気下で樹脂が乾燥硬化した
後、コンポーネントはさらに3K/分の速度で1200
℃に加熱され、ポリシランプライマーは熱分解される。
【0061】CFC構造体は、次に真空炉の中の、粉末
化された金属シリコンが満たされたグラファイトのつぼ
に入れられる。そのシステムは、2.0K/分の速度で
1400℃に加熱され、かつこの温度で30分保持され
た後に室温迄冷却される。ドーピングされている為に、
シリコンは約1350℃で溶融し、多孔性のCFCマト
リクスの中を基質ウエハーとの界面迄拡散する。これに
より、シリコンウエハーのコンポサイトへのいわゆる反
応性固定が実現される。磨かれた断面の観察により、浸
透したシリコンの一部が熱分解性カーボンと結合するこ
とによりシリコンカーバイドを形成していること、及び
コンポーネント内の結合していないシリコンの含有量は
21%であることが判った。シリコンウエハーは、ポア
ー、割目又は他のギャップを持たず、またCMCコンポ
サイトと確実なインターロッキングにより結合してい
る。この光学的反射体構造は、密度が1.7g/cm3
であり、ラッピングマシンにより簡単に磨くと必要なレ
ベルの表面粗さに調整される。
【0062】本発明によるこの方法では、CMCへの変
換及びシリコンウエハーのCFCブランクへの反応性固
定又は結合がそのままの状態で行われ、従って極めて反
射性の高いミラー構造を構成することができる。 実施例4:相対重量が0.2g/cm3 、セル(内接
円)の直径が6mmのハードペーパー製の市販のハニカ
ム材料に、フェノール樹脂バインダーを含浸し、70℃
で乾燥する。
【0063】得られたハニカム構造からなる直径が40
0mmで厚みが10mmのディスクの各面に、3層のカ
ーボンファイバー織布プレプルグが200℃の加熱プレ
スにより加圧接着又はラミネートされる。得られたCF
C構造は、無酸素状態において、2K/分の速度で10
00℃に加熱されることにより炭化される。6時間の保
持の後に構造体は室温迄冷却される。これにより、カー
ボンをベースとするハニカム構造が得られるが、これは
約17%線収縮している点を除き、もとのCFCコンポ
ーネントと同じである。多孔性のハニカム構造は、実施
例1及び3に記載された化学蒸着法による熱分解カーボ
ンの浸透によりさらに強化される。相対重量が0.22
g/cm3 の得られたコンポーネントは、150N/m
2 以上の4点曲げ強度を示す。
【0064】カーボンファイバー織布がラミネートされ
た面の1つが表面を磨かれ、2つのシリコンウエハーが
その上に接着される。使用される樹脂バインダーは、フ
ェノール樹脂とシリコン粉末とが重量比2:1で混合さ
れた混合物である。この操作は、実施例3に記載のシリ
コン浸透プロセスに従って行われ、かつこれによりウエ
ハーはハニカム構造に固定される。冷却後に得られかつ
単位体積当りの重量が0.42g/cm3 の、ハニカム
をベースとするミラー構造体を図10に示す。
【0065】得られた極めて軽量な材料は、高い剛性と
耐圧特性のみならず低い伝熱性を特徴とする。また、内
部のフレキシブルなハニカム構造は、壁面の薄さにより
熱衝撃による膨張を吸収する。このため、熱により生じ
る割目は最低限に抑えられる。図5から図7は、大面積
ミラーがサブユニットの組合せにより作られる方法を示
している。この場合は、シリコンウエハー11と寸法を
それに合わせて作られた基質構造10からなる基本エレ
メントとを組み合わせることにより任意のサイズのミラ
ーを作ることができて特に有利である。基質構造10
は、ユニット14(CFC材料であることが望ましい)
をブリッジングすることにより互いに結合状態で支持さ
れる。個々のエレメントの間にギャップの存在が許され
る時には、ミラーは予め製作された単一の反射体を用い
て作ることが出来る。“ブランク”を上記のものに組み
合わせてすべての部分を一体化することも勿論可能であ
る。
【0066】図7に示された実施例においては、基質構
造10が目チガイ継ギ15を作ることの出来る構造を持
つため、ブリッジングユニット14は不要である。図1
1から図14に示された本発明の実施例においては、基
質構造10を形成するCMCコンポーネントは、ハニカ
ム状の凹部が設けられている。さらに、このサンプル的
な実施例では、3つの取り付け用の凹部117も設けら
れており、この中に接続ピン等を固定することにより完
成したミラーを設置することが出来る。本発明の実施例
の他の表示記号は、前述のあるいは同じ機能を持つ同じ
部分に適用される。製造は上述の方法により実施するこ
とが出来る。
【0067】本発明の別の方法を図15から図19を参
照して説明する。図15に示すように、この場合の第1
の工程は金属シリコン(ウエハー)のプレフォーム11
の反射面12に向かい合う側に非鉄金属、特に金をコー
トすることである。このコーティングは金箔を施すか又
はスパッタリングにより達成できる。この方法で作られ
たエレメントは、図15に示される。
【0068】このエレメントは、次に熱処理されて金の
層2がシリコン11と溶融共融体を形成する。この共融
体は図16の記号3で示されている。このようにして作
られた図16に示されたエレメントは、次に基質構造1
0に取り付けられ、次に全体が300〜600℃の温度
範囲でさらに熱処理される。この結果、図17に於ける
上側のシリコンプレフォーム11は、溶融した共融体3
の全域に渡り下側の基質構造10に密着する。
【0069】図15から図17に示すような、ウエハー
11の1つの表面に溶融共融体を形成する処理工程は、
金の層2を介在させてウエハー11を基質構造10に直
接施すことにより(図18)省略することも又可能であ
る。この場合には、2つのエレメント10及び11は、
図19に示すように、溶融共融体からなるゾーン3の形
成により、1工程で互いに結合される。
【0070】この方法によれば、シリコンプレフォーム
(ウエハー)と基質構造との間の結合が約300から6
00℃の間の温度で行われるのに対し、本発明の上述の
別の方法ではプロセス温度は約900〜1500℃であ
る。さらに、特に金が非鉄金属として用いられている時
には、常温及び/又は常圧で作業することができる。上
述の説明に於いて、方法の各種の工程は、容易に互いに
組み合わせることが出来るものと理解される。
【0071】
【発明の効果】本発明によれば、機械的性質及び熱的性
質が改善された反射体又はミラーが容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CMC基板に取り付けられた被研磨シリコンウ
エハーの断面を20倍の倍率で示した図。
【図2】図1の断面を40倍の倍率で示した図。
【図3】図1の断面を100倍の倍率で示した図。
【図4】図1の断面を200倍の倍率で示した図。
【図5】小鏡面からなる大型ミラーの斜視図。
【図6】図5に示されたミラーの一部分を貫く断面を拡
大した斜視図。
【図7】図6斜視図と同様であるが別のミラーの実施例
の図。
【図8】基板プレフォームの好ましい実施例を貫く縦断
面図。
【図9】図8におけるVI−VI断面図。
【図10】カーボンファイバーウエブに囲まれたハニカ
ム構造に固定されたシリコンウエハーを示す図。
【図11】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図12】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図13】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図14】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図15】他の好ましい実施例の製造工程を示す図。
【図16】他の好ましい実施例の製造工程を示す図。
【図17】他の好ましい実施例の製造工程を示す図。
【図18】図15から図17に示されたものと同様の、
さらに別の実施例の製造工程を示す図。
【図19】図15から図17に示されたものと同様の、
さらに別の実施例の製造工程を示す図。
【符号の説明】
2 金の層 3 共融体 10 基質構造 11 シリコンウエハー 12 反射面 14 ブリッジングユニット 15 目チガイ継ギ 16 凹部 17 穿孔 117 凹部
【手続補正書】
【提出日】平成7年1月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】CMC基板に取り付けられた被研磨シリコンウ
エハーの断面を20倍の倍率で示した写真
【図2】図1の断面を40倍の倍率で示した写真
【図3】図1の断面を100倍の倍率で示した写真
【図4】図1の断面を200倍の倍率で示した写真
【図5】小鏡面からなる大型ミラーの斜視図。
【図6】図5に示されたミラーの一部分を貫く断面を拡
大した斜視図。
【図7】図6斜視図と同様であるが別のミラーの実施例
の図。
【図8】基板プレフォームの好ましい実施例を貫く縦断
面図。
【図9】図8におけるVI−VI断面図。
【図10】カーボンファイバーウエブに囲まれたハニカ
ム構造に固定されたシリコンウエハーを示す写真
【図11】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図12】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図13】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図14】赤外線望遠ミラーの好ましい実施例の異なっ
た様態を示す図。
【図15】他の好ましい実施例の製造工程を示す図。
【図16】他の好ましい実施例の製造工程を示す図。
【図17】他の好ましい実施例の製造工程を示す図。
【図18】図15から図17に示されたものと同様の、
さらに別の実施例の製造工程を示す図。
【図19】図15から図17に示されたものと同様の、
さらに別の実施例の製造工程を示す図。
【符号の説明】 2 金の層 3 共融体 10 基質構造 11 シリコンウエハー 12 反射面 14 ブリッジングユニット 15 目チガイ継ギ 16 凹部 17 穿孔 117 凹部
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図8】
【図11】
【図2】
【図3】
【図9】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図4】
【図5】
【図6】
【図17】
【図18】
【図7】
【図10】
【図19】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルンスト ブレンニガー ドイツ連邦共和国 8000 ミュンヘン 83 マーデルゼーダーシュトラーセ 24

Claims (50)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電磁波を反射するための反射体又はミラー
    の製造方法であって、 反射体又はミラーの基質構造を形成するために高温に耐
    え得る材料を用いてプレフォームを作成する工程と、 一定の方向に電磁波を反射することのできる表面を形成
    するために、前記基質構造の少なくとも片面に熱処理に
    より金属シリコンの外層を形成する工程と、を含む反射
    体又はミラーの製造方法。
  2. 【請求項2】前記の熱処理が融着熱処理を含む、請求項
    1に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  3. 【請求項3】前記熱処理が焼結−融解を含む、請求項1
    に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  4. 【請求項4】前記基質プレフォームの少なくとも1つの
    面は多孔質である、請求項1に記載の反射体又はミラー
    の製造方法。
  5. 【請求項5】前記基質プレフォームがカーボンファイバ
    ー複合体を含む、請求項1に記載の反射体又はミラーの
    製造方法。
  6. 【請求項6】前記基質プレフォームがセラミックマトリ
    ックス複合体を含む、請求項1に記載の反射体又はミラ
    ーの製造方法。
  7. 【請求項7】前記金属シリコンが前記基質表面に対して
    保護ガス下又は真空下で施される、請求項1に記載の反
    射体又はミラーの製造方法。
  8. 【請求項8】前記金属シリコンが前記の基質表面と共に
    800℃以上の温度で処理される、請求項1に記載の反
    射体又はミラーの製造方法。
  9. 【請求項9】前記金属シリコンが前記基質表面と共に1
    300℃から1600℃の間の温度で処理される、請求
    項1に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  10. 【請求項10】前記金属シリコンが前記の基質表面と共
    に1350℃から1450℃の間の温度で処理される、
    請求項1に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  11. 【請求項11】前記金属シリコンが前記基質表面に最終
    的に固定される前に、拡散、焼結及び融着のうちの少な
    くとも1つのプロセスを促進することができる接着剤に
    より前記金属シリコンを前記基質表面に接着する工程を
    含む、請求項1に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  12. 【請求項12】前記接着剤が樹脂バインダー、カーボン
    をベースとする接着剤、シリコンをベースとする接着
    剤、シリコンカーバイドをベースとする接着剤、ポリシ
    ランをベースとする前駆体、シリコンカルボニトリルを
    ベースとする前駆体又はシリコンをベースとする前駆体
    のうちの少なくとも1つを含む、請求項11に記載の反
    射体又はミラーの製造方法。
  13. 【請求項13】前記金属シリコンが、前記の基質表面を
    ウエハーの形で実質的な連続面で覆うように施される、
    請求項1に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  14. 【請求項14】前記金属シリコンが前記基質表面に複数
    の層に形成され、しかも前記層は程度が異なるようドー
    ピングされておりかつ最大にドーピングされた前記層が
    直接に前記基質表面に接している、請求項1に記載の反
    射体又はミラーの製造方法。
  15. 【請求項15】実質的に純粋なシリコンからなる追加層
    が最上に施される、請求項14に記載の反射体又はミラ
    ーの製造方法。
  16. 【請求項16】前記金属シリコンの前記外層が前記基質
    プレフォームに接着された高純度シリコンプレフォーム
    を含み、かつ前記基質プレフォーム及び接着された前記
    シリコンプレフォームをドーピングされた低融点シリコ
    ン浴の中に、反射面を形成する側とは反対の側を下向き
    にして配置することによりドーピングされたシリコンを
    毛細管現象により前記基質プレフォームを通り前記高純
    度なシリコンプレフォームのレベルにまで上昇させ、前
    記シリコンプレフォームの裏側と結合させるための工程
    をさらに含む、請求項1に記載の反射体又はミラーの製
    造方法。
  17. 【請求項17】多数の前記基質プレフォーム及び接着さ
    れた前記シリコンプレフォームが、前記浴中において、
    上昇するシリコンにより機械的に一つの構造体に組み合
    わされて一つのユニットに結合される、請求項16に記
    載の反射体又はミラーの製造方法。
  18. 【請求項18】前記基質プレフォームがカーボン材料又
    はカーボンを含有する材料を含みかつ炭化又はグラファ
    イト化されている、請求項16に記載の反射体又はミラ
    ーの製造方法。
  19. 【請求項19】前記基質構造の前記少なくとも1つの表
    面に前記金属シリコンを施す前に、前記表面を磨く工程
    をさらに含む、請求項1に記載の反射体又はミラーの製
    造方法。
  20. 【請求項20】前記基質構造は多数の相互接続されたプ
    レフォームを含む、請求項1に記載の反射体又はミラー
    の製造方法。
  21. 【請求項21】前記基質プレフォームが少なくとも1つ
    の凹部を形成している、請求項1に記載の反射体又はミ
    ラーの製造方法。
  22. 【請求項22】化学蒸着法により前記基質プレフォーム
    に熱分解性カーボンを導入する工程を含む、請求項1に
    記載の反射体又はミラーの製造方法。
  23. 【請求項23】反射シリコン面を、ハイドロカーボンを
    含有する雰囲気中で700℃以上の温度でカーバイト化
    するための工程をさらに含む、請求項1に記載の反射体
    又はミラーの製造方法。
  24. 【請求項24】前記基質プレフォームが5〜50重量%
    の変換されていない金属シリコンを含有する、請求項2
    3に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  25. 【請求項25】シリコンプレフォームが、融着熱処理を
    容易にするガラスフリットを用いて前記基質プレフォー
    ムに接着されている、請求項1に記載の反射体又はミラ
    ーの製造方法。
  26. 【請求項26】前記金属シリコン層は、金属シリコンか
    らなる多数のプレフォーム、多数のシリコンウエハー又
    はシリコンパウダーの少なくとも1つを含む、請求項1
    に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  27. 【請求項27】金属シリコンからなる前記外層が、前記
    基質プレフォームの少なくとも1つの面に施されかつ1
    000℃以上の温度の真空下又は保護ガス下で融かされ
    ることにより連続シリコン層に形成されたシリコンパウ
    ダーを含み、かつ前記反射面は、溶融したシリコンが凝
    固した後に前記連続シリコン層の研磨及び磨きプロセス
    により形成される、請求項1に記載の反射体又はミラー
    の製造方法。
  28. 【請求項28】金属シリコンからなる前記プレフォー
    ム、前記シリコンウエハー及び前記シリコンパウダー
    が、少なくとも1つの反射鏡面を形成するために前記基
    質構造に高温イソスタテイック加圧により結合されてい
    る、請求項26に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  29. 【請求項29】前記高温イソスタティク加圧が100〜
    2000barの圧力及び500〜1412℃の温度で
    実施される、請求項28に記載の反射体又はミラーの製
    造方法。
  30. 【請求項30】前記高温イソスタティック加圧が500
    〜1000barの圧力及び1100〜1350℃の温
    度で実施される、請求項28に記載の反射体又はミラー
    の製造方法。
  31. 【請求項31】前記金属シリコンはその透過率によって
    等方性又は多結晶性である、請求項1に記載の反射体又
    はミラーの製造方法。
  32. 【請求項32】前記金属シリコンの表面を、酸素を含有
    する雰囲気中で500℃以上の温度で処理することによ
    り酸化して二酸化シリコン(Sio2 )にするための工
    程をさらに含む、請求項1に記載の反射体又はミラーの
    製造方法。
  33. 【請求項33】前記反射面が、融着熱処理中に溶融しな
    いシリコンウエハーの表面により形成されている、請求
    項2に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  34. 【請求項34】前記反射面が金属シリコンプレフォーム
    の溶融及び再凝固により形成されている、請求項1に記
    載の反射体又はミラーの製造方法。
  35. 【請求項35】前記基質プレフォーム上に融着される前
    に、前記金属シリコンは、その融着表面にシリコンと溶
    融共融体を形成する非鉄金属をコートされている、請求
    項2に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  36. 【請求項36】前記非鉄金属が金でありかつ前記溶融共
    融体は300〜600℃の温度での熱処理により形成さ
    れる、請求項35に記載の反射体又はミラーの製造方
    法。
  37. 【請求項37】前記非鉄金属が前記基質プレフォームに
    施されている、請求項35に記載の反射体又はミラーの
    製造方法。
  38. 【請求項38】前記コーティングされた前記金属シリコ
    ンが前記基質プレフォーム上に300〜600℃の温度
    で融着される、請求項35に記載の反射体又はミラーの
    製造方法。
  39. 【請求項39】金がコートされた前記金属シリコンが前
    記基質プレフォームに大気中で融着する、請求項36に
    記載の反射体又はミラーの製造方法。
  40. 【請求項40】前記金属シリコンと非鉄金属との溶融共
    融体が前記基質構造への融着プロセスとは無関係な別の
    加熱プロセスにより作られる、請求項35に記載の反射
    体又はミラーの製造方法。
  41. 【請求項41】前記金属シリコンと非鉄金属との溶融共
    融体が前記金属シリコンを前記基質プレフォームに施す
    ための融着熱処理と同時に1回の加熱プロセスで作られ
    る、請求項35に記載の反射体又はミラーの製造方法。
  42. 【請求項42】非鉄金属により酸化物層が生じるのを防
    止するために、共融体の形成工程と融着工程とが真空下
    又は保護ガス下において行われる、請求項35に記載の
    反射体又はミラーの製造方法。
  43. 【請求項43】前記金属シリコンは、その上に金箔を施
    されることにより金コートされている、請求項36に記
    載の反射体又はミラーの製造方法。
  44. 【請求項44】前記金属シリコンは、蒸着により金コー
    トされている、請求項36に記載の反射体又はミラーの
    製造方法。
  45. 【請求項45】電磁波を反射するための反射体であっ
    て、 高温に耐え得る材料からなりかつ基質構造を形成するプ
    レフォームと、 前記基質構造の少なくとも1つの面に一定の方向に電磁
    波を反射することができる表面を形成するために施され
    る、熱処理により前記基質プレフォームに結合された金
    属シリコンを含む外層と、を含む反射体。
  46. 【請求項46】前記基質プレフォームがカーボンファイ
    バー複合体を含む、請求項45に記載の反射体。
  47. 【請求項47】前記基質プレフォームがセラミック基質
    複合体を含む、請求項42に記載の反射体。
  48. 【請求項48】少なくとも前記基質プレフォームが一体
    化のための処理をされた単体を多数包含している、請求
    項45に記載の反射体。
  49. 【請求項49】前記基質プレフォームが多孔質である、
    請求項45に記載の反射体。
  50. 【請求項50】前記基質プレフォームが少なくとも1つ
    の凹部を備えている、請求項45に記載の反射体。
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