JPH07503226A - Monolithic ceramic truss structure - Google Patents

Monolithic ceramic truss structure

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JPH07503226A
JPH07503226A JP5508560A JP50856093A JPH07503226A JP H07503226 A JPH07503226 A JP H07503226A JP 5508560 A JP5508560 A JP 5508560A JP 50856093 A JP50856093 A JP 50856093A JP H07503226 A JPH07503226 A JP H07503226A
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truss
ceramic
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mirror
core
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JP5508560A
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アーノルド,ジョー エフ.
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ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション
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    • G02B7/183Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors specially adapted for very large mirrors, e.g. for astronomy, or solar concentrators
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 一体構造のセラミックトラス構造 技術分野 本発明は一体構造のセラミックトラス構造に関し、特に鏡基材として有用な一体 構造のセラミックトラス構造に関するものである。[Detailed description of the invention] Monolithic ceramic truss structure Technical field The present invention relates to a monolithic ceramic truss structure, and particularly to a monolithic ceramic truss structure useful as a mirror base material. This relates to a ceramic truss structure.

背景技術 宇宙ベースの映像技術の発達により、寸法的に安定な、剛性が高く軽量で高い固 有振動数を持った精密鏡に対するニーズが生まれている。その様な鏡はレーザー 研究などの地上ベースでの研究にも有用であり、そして、寸法安定性と軽量とが 重要課題である商業映像技術においても有用である。これらの用途で使用される 鏡は高効率基材で、つまり、低面積密度と高構造強度を有する基材である必要が ある。面積密度とは、反射面の単位面積当りの鏡の重量である。Background technology Advances in space-based imaging technology have enabled the development of dimensionally stable, rigid, lightweight, and highly rigid There is a growing need for precision mirrors with a certain frequency. Such a mirror is a laser It is also useful for ground-based studies such as research, and its dimensional stability and light weight make it It is also useful in commercial video technology, which is an important issue. used for these purposes The mirror must be a highly efficient substrate, that is, a substrate with low areal density and high structural strength. be. Areal density is the weight of the mirror per unit area of the reflective surface.

従来、はとんどの精密鏡はガラスあるいはガラスセラミックから作られていた。Traditionally, most precision mirrors were made from glass or glass-ceramic.

それはこれらの材料は、成形及び研磨して容易に光学面を得ることができるから である。更に、ガラスやガラスセラミックは熱膨張率が低く、光学的用途におい て必要とされる熱的安定性を有し得る。しかしながら、これらの材料の構造特性 は低い。その結果、これらの材料から作られた鏡は鏡反射面のための適切な支持 構造を与えるために大重量にしなければならないことが多々ある。This is because these materials can be molded and polished to easily obtain optical surfaces. It is. Additionally, glass and glass ceramics have low coefficients of thermal expansion, making them difficult to use in optical applications. can have the required thermal stability. However, the structural properties of these materials is low. As a result, mirrors made from these materials provide adequate support for mirror-reflecting surfaces. Often a large amount of weight must be added to provide structure.

これはガラス鏡の典型的な面積密度が約20kg/m2から数百kg/m”にな りうろことから明らかである。大重量の鏡によって、地上及び宇宙の双方で多く の問題が生じている。地上では、これら鏡の重量によって重大な取り扱い上の問 題が生じている。更に、この鏡に作用する重力によって寸法的に不安定になり、 表面がゆがめられたり変形したりする。宇宙空間では重量は重要ではないが、大 きな質量によって生じる慣性により、正確で、迅速な位置合わせが難しくなる。This means that the typical areal density of glass mirrors ranges from about 20 kg/m2 to several hundred kg/m''. It is clear from the description. Due to the heavy weight of the mirror, a large number of A problem has arisen. On the ground, the weight of these mirrors creates serious handling problems. A problem is arising. Furthermore, the gravity acting on this mirror makes it dimensionally unstable, The surface becomes distorted or deformed. Weight is not important in space, but it is The inertia caused by the large mass makes accurate and rapid alignment difficult.

ベリリウム(Be)などの軽量金属基材の鏡はガラス鏡に対する一つの代替物で ある。その様な基材は取り付けられた反射面を支持できるか、あるいはそれ自身 磨かれて反射面を形成し得る。ガラスと違って、ベリリうム(Be)は弾性係数 が高く特筆すべき剛性を有し、低質量な精密鏡にとって好ましい構造特性を有し ている。たとえば、現在の工業的方法で作られたBe鏡は約15kg/a+2程 度の低い面積密度を有し得る。Mirrors based on lightweight metals such as beryllium (Be) are an alternative to glass mirrors. be. Is such a substrate capable of supporting an attached reflective surface, or is it capable of supporting itself? May be polished to form a reflective surface. Unlike glass, beryllium (Be) has an elastic modulus It has high strength and remarkable rigidity, and has favorable structural characteristics for low-mass precision mirrors. ing. For example, a Be mirror made using current industrial methods weighs about 15 kg/a+2. may have a low areal density.

シリコンカーバイト(SiC)基材はガラス鏡に代わる更なる代替物である。B e同様、SiCは低質量、精密鏡に適した高弾性係数と特筆すべき剛性および他 の特性を有する。Silicon carbide (SiC) substrates are a further alternative to glass mirrors. B Like e, SiC has low mass, high elastic modulus suitable for precision mirrors, remarkable stiffness, and other features. It has the characteristics of

低熱膨張係数と高熱伝導性との組み合わせにより、SiCはBe。The combination of low coefficient of thermal expansion and high thermal conductivity makes SiC Be.

低熱膨張ガラスおよびガラスセラミックより優れた熱寸法安定性を有する。更に SiCを製造する技術によりSiC鏡基材がBe基材よりも構造的に有利である 。例えば、従来技術のSiC鏡基材は約4kg/m2程度の低い面積密度を持ち 得る。これらの基材は鏡反射面を支持する表面シートと裏面シートではさまれた 頑丈な壁補強セルのハニカムである。この補強セルは四角形、六角形あるいは三 角形断面などの多角形断面を有する。化学蒸気蒸着やスリップ鋳込を含む、いく つかの異なる工程はSiC鏡を作る上で有効である。ひとつのとりわけ有用なス リップ鋳込法はビバルディらが権利を有する米国特許第4.975,255号に 開示されている。ハニカムサンドイッチ構造のSiC鏡基材は低面積密度である が、いくつかの精密鏡の用途には適切な剛性をもち、ハニカムサンドイッチ構造 のものより大巾に軽量な鏡基材がめられている。Has better thermal dimensional stability than low thermal expansion glasses and glass ceramics. Furthermore Due to the technology of manufacturing SiC, the SiC mirror base material has a structural advantage over the Be base material. . For example, the conventional SiC mirror substrate has a low areal density of about 4 kg/m2. obtain. These base materials are sandwiched between a top sheet and a back sheet that support the mirror-reflecting surface. It is a honeycomb of solid wall-reinforced cells. This reinforcing cell can be square, hexagonal or triangular. It has a polygonal cross section such as a square cross section. Various methods including chemical vapor deposition and slip casting Several different processes are effective in making SiC mirrors. One particularly useful The lip casting method is described in U.S. Patent No. 4,975,255 owned by Vivaldi et al. Disclosed. SiC mirror substrate with honeycomb sandwich structure has low areal density However, the honeycomb sandwich structure has adequate rigidity for some precision mirror applications. It uses a mirror base material that is much wider and lighter than the original.

それゆえ、工業的にめられているものは、精密鏡を支持するのに適した超低面積 密度で寸法安定性の高い鏡基材である。Therefore, what is desired in industry is an ultra-low area suitable for supporting precision mirrors. It is a mirror base material with high density and dimensional stability.

発明の開示 本発明は精密鏡の支持に適した超低面積密度で寸法的に安定した鏡基材に関する 。Disclosure of invention The present invention relates to a dimensionally stable mirror substrate with ultra-low areal density suitable for supporting precision mirrors. .

本発明の一態様では、三次元的で、軽量で、一体構造のトラスを形成するように 一体式に鋳造された開トラス構造が包含される。In one aspect of the invention, the A monolithically cast open truss structure is included.

本発明の別の態様では、連続なセラミック表面シートと、その面シートから延び てそれと一体式に鋳造された一体式セラミックトラスと、を有するセラミック鏡 基材が包含される。この一体式トラスは鏡基材が精密鏡面を支持できる充分な剛 性を有する。Another aspect of the invention includes a continuous ceramic facesheet and a ceramic facesheet extending from the facesheet. a ceramic mirror having a monolithic ceramic truss cast integrally therewith; A substrate is included. This integrated truss has a mirror base material with sufficient rigidity to support the precision mirror surface. have sex.

本発明の別の態様では、無孔質材料でできた適当な形状の部材内に複数の内部通 路を作ることにより、一体構造のセラミックトラスの複数の一体式トラス部材を スリップ鋳造するのに適した可溶解性のコアを作る方法が包含される。In another aspect of the invention, a plurality of internal passages are provided within a suitably shaped member made of non-porous material. By creating channels, multiple integral truss members of a monolithic ceramic truss can be A method of making a soluble core suitable for slip casting is included.

この無孔質材料は可溶解性コアとなり内部通路は液体含有セラミックスリップで 満たされた一体式トラス部材を作る。可溶解性コアを作るのに使われる無孔質材 料はセラミックスリップ内の液体の凝固点以下の温度で溶解できる。This non-porous material has a soluble core and internal passageways are liquid-containing ceramic slips. Create a filled monolithic truss member. non-porous material used to create the soluble core The material can be melted at temperatures below the freezing point of the liquid within the ceramic slip.

発明のこれらおよびその他の特徴および利点は以下に続く開示および添付図面に より更に明らかにされる。These and other features and advantages of the invention will be apparent from the disclosure that follows and the accompanying drawings. will be further clarified.

図面の簡単な説明 第1図は、連続表面シートと横、後部材を有する一体式トラスとを備えた本発明 に係るセラミック鏡基材の斜視図である。Brief description of the drawing FIG. 1 shows the present invention with a continuous face sheet and an integral truss with side and rear members. It is a perspective view of the ceramic mirror base material concerning this.

第2図は、第1図に示されたものと同様なセラミック鏡基材で、その後部材が一 体式で連続裏面シートと置き換えられたものの斜視図である。FIG. 2 shows a ceramic mirror substrate similar to that shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view of the structure replaced with a continuous back sheet.

第3図は、本発明に係る平面セラミックトラス構造の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a planar ceramic truss structure according to the present invention.

第4図は、第1−3の鏡基材あるいはトラス構造の内部の幾何学的配列を作る可 溶解性コアを作るのに使われる治工具の断面図である。Figure 4 shows possible ways to create the internal geometrical arrangement of the mirror base material or truss structure in items 1-3. FIG. 2 is a cross-sectional view of a tool used to make a soluble core.

第5図は、第1−3の鏡基材あるいはトラス構造を作るのに使われる型の断面図 である。Figure 5 is a cross-sectional view of the mold used to make the 1-3 mirror base material or truss structure. It is.

本発明の最適実施例 本発明に係る一体構造の、セラミック、トラス鏡基材は多くの宇宙および地上で の用途に適切な精密鏡の構造支持体として用い得る。Optimal embodiment of the invention The monolithic, ceramic, trussed mirror substrate of the present invention can be used in many space and terrestrial applications. It can be used as a structural support for precision mirrors suitable for applications such as

トラスはそれ自身でも軽量で高剛性が要求される用途の構造部材として使える。The truss itself can be used as a structural member in applications that require light weight and high rigidity.

第1図に示す様に本発明の鏡基材2は三次元的なセラミックトラス8と一体式的 に接続された、薄く、連続したセラミック表面シート4を有する。As shown in FIG. 1, the mirror base material 2 of the present invention is integrated with a three-dimensional ceramic truss 8. It has a thin, continuous ceramic face sheet 4 connected to it.

この表面シート4は片面が鏡面6となっている。このトラス8は鏡表面のゆがみ をマイクロメーターの最小単位に制限し得るほど充分に頑丈に鏡基材2を構成す る。鏡表面のゆがみは機械的および熱的負荷により起こり得る。トラス8は四面 体形状などのいくつかの従来ある三次元の形状を持ち得る。この形状において、 一体式横部材10は表面シート補強リブ14から複数の四面体、トラス8の基本 構造要素を形成する様に延びている。表面シート強化リブ14は表面シート4と 一体式的な部品である。一体式後方部材12は、三次元トラスを完成する様、先 に説明した個々の四面体が逆4面体を形成するように接続している。This top sheet 4 has a mirror surface 6 on one side. This truss 8 is a distortion of the mirror surface. The mirror base material 2 should be made sufficiently strong so as to limit it to the smallest unit of micrometer. Ru. Distortion of mirror surfaces can occur due to mechanical and thermal loads. Truss 8 has four sides It can have several conventional three-dimensional shapes, such as body shapes. In this shape, The integrated horizontal member 10 has a surface sheet reinforcing rib 14, a plurality of tetrahedrons, and the base of the truss 8. It extends to form a structural element. The top sheet reinforcing ribs 14 and the top sheet 4 It is an integrated part. The integral rear member 12 is attached to the front to complete the three-dimensional truss. The individual tetrahedra described above are connected to form an inverted tetrahedron.

第1図のデザインに基づいて多くの異なる形状が可能である。鏡基材2剛性を更 に高くするために、複数層の一体式トラスを使っても良い。たとえば、小四面体 のトラス層が、表面プレートに局所的な剛性を与えるために表面プレートのそば に配置される様にしても良い。この層は同サイズあるいはより大きな四面体の別 な一体式層で全体を強化するために支えられても良い。所望の剛性を得るのに必 要なあらゆるサイズの一体式トラス層が使える。Many different shapes are possible based on the design of FIG. Improved rigidity of mirror base material 2 Multi-layer monolithic trusses may be used to increase the height. For example, the small tetrahedron A truss layer is placed next to the face plate to provide local stiffness to the face plate. It may be arranged so that the This layer consists of different tetrahedrons of the same size or larger. It may be supported by a monolithic layer to strengthen the whole. necessary to obtain the desired stiffness. Integral truss layers of any size required can be used.

鏡基材2を更に強固にするための別な方法としては、第2図に示すように、後方 部材を、薄くて、一体構造された、連続なセラミック裏面シート16に置き換え るか、またはこれをっけ加えるかする方法がある。他の構成としては、表面シー ト4と裏面シート16とが第3図に示される開トラス構造18を構成する様に省 略されても良い。この間トラス構造18は構造的な用途に使用されるのに充分な 強度と剛性とをもたらす複数後方部材12と前方部材20とを有する。用途によ っては、トラス構造18は第3図に示される様に面状シートでもよいし、あるい は円錐や長円面のような他の有用な形状でも良い。Another way to further strengthen the mirror base material 2 is to Replace the component with a thin, monolithic, continuous ceramic backsheet 16 There is a way to do this, or add it. Other configurations include surface sheeting. The front sheet 4 and the back sheet 16 are arranged so that they constitute an open truss structure 18 as shown in FIG. May be omitted. During this time, the truss structure 18 has sufficient capacity to be used for structural purposes. It has multiple rear members 12 and front members 20 that provide strength and rigidity. Depends on usage Therefore, the truss structure 18 may be a planar sheet as shown in FIG. may be any other useful shape, such as a cone or an ellipse.

本発明に係る開トラス構造と鏡基材との面積密度は、これらによる完成品の寸法 と構造に応じて変更される。しかし、一般には、これらのものは比較対象となる 従来技術のハニカムサンドイッチ製品よりも面積密度がより小さい。例えば、開 トラス構造は、約1 kg/12より小さい面積密度を持ち得る。直径で約0. 25m(10インチ)以下の反射面を持つ鏡に対しては約2kg/m2以下の面 積密度が可能である。例えば、直径で約0.25mの反射面を持つ鏡は0゜5m m(0,020インチ)厚の表面シートと直径0.75mm(0゜030インチ )の部材でなる25mm(1インチ)厚のトラスととで構成することができる。The area density of the open truss structure and the mirror base material according to the present invention is the dimension of the finished product based on these. and changes depending on the structure. However, in general, these things can be compared It has a lower areal density than prior art honeycomb sandwich products. For example, open The truss structure may have an areal density of less than about 1 kg/12. Approximately 0.0 in diameter. For mirrors with a reflective surface of 25 m (10 inches) or less, a surface of approximately 2 kg/m2 or less Stacking density is possible. For example, a mirror with a reflective surface of about 0.25m in diameter is 0°5m. m (0,020 inches) thick surface sheet and a diameter of 0.75 mm (0°030 inches). ) and a 25 mm (1 inch) thick truss.

その様な基材は面積密度1.4kg/m”の前面シートと面積密度Q、4kg/ m2のトラスとにより全体の面積密度が1. 8kg/m”となる。現在の製造 限界で設計されたハニカムサンドイッチ基材を持つ比較対象となる鏡は0.5m m厚の表、裏面シートと0.5mmの壁を持つl 2.7mm(0,5インチ) スフウェアセルよりなる11.7mm(0,461インチ)厚のコアで構成する ことができる。この様な基材はl、4kg/m”の面積密度を持つ表、裏面シー トと1.4kg/+2の面積密度のコアとにより、全体として4゜2kg/m’ の面積密度になる。Such a substrate has a front sheet with an areal density of 1.4 kg/m" and an areal density Q of 4 kg/m". m2 truss, the overall areal density is 1. 8kg/m”.Current production A comparative mirror with a honeycomb sandwich substrate designed at the limit is 0.5 m. l with m-thick front and back sheets and 0.5 mm walls 2.7 mm (0.5 inch) Consists of a 11.7 mm (0,461 inch) thick core made of sphere cells be able to. Such a base material has front and back sheets with an areal density of 1,4 kg/m". and a core with an areal density of 1.4 kg/+2, the total weight is 4゜2 kg/m' has an areal density of

鏡基材2とトラス構造18は所望の重量、剛性特性をもたらすセラミック材料か ら作られる。適したセラミックとしてはsic、窒化珪素、炭化珪素および同類 の材料を含む。好ましいセラミックは炭化珪素である。鏡基材2及びトラス構造 18は、同様なセラミック製品を作るのに用いられる従来の方法で製造してよい 。例えば、本発明の構造は化学蒸気蒸着やスリップ鋳込により製造されても良い 。ビバルディに因り一般に権利化されている米国特許第4,975.255号は 高度なスリップ鋳込法を開示している。もし、スリップ鋳込法を使うならば、鏡 基材2とトラス構造18は、スリップ鋳込技術で知られているように金属粉から 作られても良い。The mirror base material 2 and the truss structure 18 are made of ceramic materials that provide desired weight and rigidity characteristics. made from Suitable ceramics include SIC, silicon nitride, silicon carbide and the like. Contains materials. A preferred ceramic is silicon carbide. Mirror base material 2 and truss structure 18 may be manufactured using conventional methods used to make similar ceramic products. . For example, structures of the invention may be manufactured by chemical vapor deposition or slip casting. . U.S. Patent No. 4,975.255, commonly owned by Vivaldi, Discloses an advanced slip casting method. If you use the slip casting method, mirror The base material 2 and the truss structure 18 are made from metal powder as is known from slip casting techniques. It's okay to be made.

スリップ鋳込は所望の製品を作るのに液体、通常は水にセラミックまたは金属粉 を分散させたスリップを使用する。このスリップは従来技術で知られている核生 成剤などの添加成分を含んでいてもよい。例えば、適当なSiCスリップはF− 320メツシュ約40重量%から約60重量%のSiC粉、約30重量%から約 45重量%の1.0mm5jC粉、約7重量%から約15重量%の水、約0.0 5重量%から約0.55重量%のケイ酸ナトリウム接合材、および、約0.3重 量%から約2.5重量%の尿素かジメチルスルホキシドなどの核生成剤を含む。Slip casting involves adding ceramic or metal powder to a liquid, usually water, to create the desired product. Use a slip with dispersed This slip is known from the prior art for nucleation. It may contain additional components such as additives. For example, a suitable SiC slip is F- 320 mesh about 40% to about 60% by weight SiC powder, about 30% to about 45% by weight of 1.0mm 5jC powder, about 7% to about 15% by weight of water, about 0.0 5% to about 0.55% by weight sodium silicate bonding material, and about 0.3% by weight % to about 2.5% by weight of a nucleating agent such as urea or dimethyl sulfoxide.

これらの材料は商業工種々のところから入手可能である。所望の製造物を得るに はスリップを第5図に示す様な可溶解性コア22を含む型36に注入する。可溶 解性コア22は三次元トラス8のトラス部材10.12.20を形成する複数の 内部通路23と適当な外部幾何学的構造を有する。表、裏シートがあるならば、 型36はその外部幾何学的形状をも形成する。These materials are available from a variety of commercial sources. to obtain the desired product The slip is poured into a mold 36 containing a soluble core 22 as shown in FIG. soluble The decomposable core 22 includes a plurality of truss members 10, 12, 20 of the three-dimensional truss 8. It has an internal passageway 23 and a suitable external geometry. If there are front and back sheets, Mold 36 also defines its external geometry.

可溶解性コア22は無孔質材料でできた適当な形状の部材に内部通路を形成する ことにより作っても良い。この無孔質材料はスリップ鋳造法に適し、かつスリッ プ中の液体の凝固点より低い温度で容易に溶解できるどの様な無孔質材料でも良 い。適当な無孔質材料としてポリスチレンがある。可溶解性コア22を作るため に、第4図に示される様な、上板26、底板28、スペーサ30を有する治工具 24を使用してもよい。スペーサ30は2枚の板26.28を離してコア22が 出来る閉空間を形成する。所望の四面体形状に通路23を形成するために、板2 6.28の孔部32は治工具24にピン34がさし込まれる様になっている。板 26.28はまた裏部材12と表シート補強リブ14を形成するリブ35を有し ている。コア22を形成するには、治工具24内に置かれ、治工具内に蒸気を注 入することによるか湯浴によって治工具を加熱するか、あるいは他の方法により 膨張させられるポリスチレンビードを用いてもよい。The fusible core 22 defines an internal passageway in a suitably shaped member made of non-porous material. You can also make it depending on the situation. This non-porous material is suitable for slip casting and Any non-porous material that can be easily melted at temperatures below the freezing point of the liquid in the liquid may be used. stomach. A suitable non-porous material is polystyrene. To make the soluble core 22 In this case, a jig having a top plate 26, a bottom plate 28, and a spacer 30 as shown in FIG. 24 may also be used. The spacer 30 separates the two plates 26 and 28 so that the core 22 Create a closed space where possible. In order to form the passage 23 in the desired tetrahedral shape, the plate 2 is A pin 34 is inserted into the jig 24 through the hole 32 at 6.28. board 26.28 also has ribs 35 forming back member 12 and front sheet reinforcing ribs 14. ing. To form the core 22, the core 22 is placed in a tool 24 and steam is injected into the tool. Heat the tool by soaking it in water or in a hot water bath, or by other methods. Expanded polystyrene beads may also be used.

ピン24はその後治工具24からとり除かれ、治工具が開かれ、そしてコアがと り除かれる。コア22はまた無孔質材料でできた適当な形に作られた部材に内部 通路23を機械加工することにより作っても良い。どのような方法でコア22が 作られるかにかかわらず、内部通路23及び適切な外部幾何学構造を持たせるこ とにより、鏡支持体2あるいはトラス構造18におけるすべての一体式構造、つ まり表面シート4、横部材10、後方部材12、表面シート強化リブ14、裏面 シート16、前方部材20を形成する必要がある。通路23が互いに接続するよ うに、一つ以上のコア22を積み重ねることによってマルチブル一体式トラス層 を形成してもよい。The pin 24 is then removed from the tooling 24, the tooling is opened, and the core is removed. removed. The core 22 may also be inserted into a suitably shaped member made of non-porous material. The passage 23 may also be created by machining. In what way does core 22 Regardless of whether the Therefore, all integral structures in the mirror support 2 or the truss structure 18, Mari surface sheet 4, horizontal member 10, rear member 12, surface sheet reinforcement rib 14, back surface It is necessary to form the seat 16 and the front member 20. Passages 23 will connect to each other By stacking one or more cores 22, multiple integral truss layers can be created. may be formed.

コア22が形成された後に、第5図に示される不吸収性の型36内にコアが配置 される。型36の材質はアルミニウム、プラスチック、あるいは他の不吸収性材 料であれば良い。型36内の空気はPH0TO−PLO’ (イーストマンコダ ック社、ロチェスタ、ニューヨーク)等の理化剤を少量含んだ水を型36に満た すことにより排除することができる。その後、適切なセラミックスリップが充填 ポート38を通じて型36内に注入され、排出ボート40を通して水を排除し、 そして表面シート4とトラス8を有する鏡基材を形成する。確実にスリップが型 36およびコア22を完全に満たす様に、型36を振るか振動させても良い。型 36はその後、スリップを凍らせるためにスリップ内の液体の凝固点より低い温 度に冷やされる。After core 22 is formed, it is placed in a non-absorbable mold 36 as shown in FIG. be done. The mold 36 is made of aluminum, plastic, or other non-absorbent material. It is fine as long as it is a fee. The air inside mold 36 is PH0TO-PLO' (Eastman Koda Fill mold 36 with water containing a small amount of physicochemical agent such as It can be eliminated by Then filled with suitable ceramic slip injected into the mold 36 through port 38 and expelling water through discharge boat 40; Then, a mirror base material having the top sheet 4 and the truss 8 is formed. Ensures no slipping Mold 36 may be shaken or vibrated to completely fill mold 36 and core 22. mold 36 is then heated to a temperature below the freezing point of the liquid in the slip to freeze the slip. cooled to a certain degree.

好ましくは、スリップを速やかに凍らせるために型を約−50℃以下に冷やすの が良い。可溶解性コア26を含む凍ったスリップ42は型36からはずされ、例 えば、約−50℃以下でその物の温度を保持する様に、適当な温度で保持される 。その後、凍ったスリップ42は、コア22が完全に溶けるに十分な時間にわた って、コア22を溶かし得る溶媒に浴される。コア22がポリスチレンであるな ら、溶剤はメチレンクロライドでも良い。溶媒浴は、コア22を溶かすが、スリ ップを溶かさない様充分冷えている必要がある。コア22が除去された凍ったス リップ42は溶剤槽からとり出され、スリップ中の水分が昇華する様凍結乾燥さ せて「素地」を作る。この素地は残留する揮発分を取り除くために真空乾燥され 、真空炉中でアルゴン雰囲気で適当な温度、たとえば約2050℃で空孔のある 焼結体を形成する様焼結される。この多孔性の焼結体は約1750℃の温度のア ルゴン雰囲気の真空炉中で溶融シリコン(St)中に浸され高密度化される。こ のシリコンは開口した空孔を満たすため焼結体に入り込む。焼結SICのランダ ムな配列とシリコン充填剤の一定な分散とにより本発明の製品は実質的に等方的 な物になる。Preferably, the mold is cooled to below about -50°C to quickly freeze the slip. is good. The frozen slip 42 containing the soluble core 26 is removed from the mold 36 and e.g. For example, it is maintained at an appropriate temperature so that the temperature of the object is maintained at about -50℃ or less. . The frozen slip 42 is then allowed to cool for a period of time sufficient for the core 22 to completely thaw. Thus, the core 22 is bathed in a solvent that can dissolve it. Core 22 is polystyrene. Alternatively, the solvent may be methylene chloride. The solvent bath melts the core 22 but does not It needs to be cold enough so that it doesn't melt. Frozen space with core 22 removed The lip 42 is removed from the solvent bath and freeze-dried to sublimate the moisture in the slip. Let's make the ``base''. This substrate was vacuum dried to remove any remaining volatiles. , in an argon atmosphere in a vacuum furnace at a suitable temperature, e.g. Sintered to form a sintered body. This porous sintered body is heated to a temperature of about 1750°C. It is immersed in molten silicon (St) and densified in a vacuum furnace with a Rougon atmosphere. child The silicon enters the sintered body to fill the open pores. Lander of sintered SIC The uniform arrangement and constant distribution of the silicone filler make the product of the invention substantially isotropic. become something.

この方法で作られた製品は、精密鏡の基材や構造支持体として使用するのに適し た一体式構造の、高い剛性をもった、軽量な構造である。この製品は鏡基材、表 面シートそして裏面シートであってもよいし、あるいはそれは平面度を0.02 5mm(0,001インチ)より少なくする種改良するための機械基材であって も良い。Products made in this way are suitable for use as substrates and structural supports for precision mirrors. It has a one-piece structure that is highly rigid and lightweight. This product is a mirror base material, It can be a face sheet and a back sheet, or it has a flatness of 0.02 A machine base material for improving seeds to less than 5 mm (0,001 inch), Also good.

SiC/Siは多くの光学的用途に適した50人〜100人RMSの粗度の表面 に磨くことができる。もし、より滑らかな光学面が必要なら、約0.05mm( 0,002インチ)から約0.075+am(0,003インチ)の厚さのシリ コン金属層を表面に蒸着しても良い。このシリコン層は5人RMS未満の粗度に 磨くことができる。SiC/Si has a surface roughness of 50 to 100 RMS suitable for many optical applications. It can be polished to If a smoother optical surface is required, approximately 0.05mm ( 0,002 inch) to approximately 0.075+am (0,003 inch) thick. A metal layer may be deposited on the surface. This silicon layer has a roughness of less than 5 RMS. Can be polished.

もし望むなら研磨された面は反射性を高めるために金などの反射する金属の薄い 層でコーティングしても良い。If desired, a polished surface can be coated with a thin layer of reflective metal such as gold to increase reflectivity. It may be coated with a layer.

本発明による製造物は従来技術よりも優れたいくつかの利点をもたらす。第1に 、本発明の鏡基材に使われる一体式トラス構造は従来の鏡基材より小さな面積密 度の製品を作る。本発明の鏡基材は従来の基材より軽いにもかかわらず、従来の 基材と同様な剛性を有し得る。それゆえ、これらは宇宙や地上における先進的な 用途に使われる精密鏡に適している。The product according to the invention offers several advantages over the prior art. Firstly , the integrated truss structure used in the mirror base material of the present invention has a smaller area density than conventional mirror base materials. Make products of degrees. Although the mirror base material of the present invention is lighter than conventional base materials, It can have similar stiffness to the base material. Therefore, these are advanced Suitable for precision mirrors used for various purposes.

第2に、トラスが一体式に形成されているので、熱膨張率が均一となり、寸法安 定性が得られる。更に、トラスを作るのに使用されるSiC/St材料は等方性 を有する。これに対して、従来のトラスの組付けで鏡の支持に使われることがあ る接着剤や機械継手では、トラス材と結合材との間で熱膨張率が互いに異なる場 合が生じる。Second, since the truss is integrally formed, the coefficient of thermal expansion is uniform, resulting in dimensional stability. Qualitative results can be obtained. Additionally, the SiC/St material used to make the truss is isotropic. has. In contrast, it is sometimes used to support mirrors in conventional truss installations. In adhesives and mechanical joints, the truss material and the bonding material may have different coefficients of thermal expansion. A collision occurs.

その結果、従来技術のトラスは熱変化を受けた時にゆがむ。加えて、接着剤や機 械的継手により、従来のトラスは一体式ではなくなり、精密鏡の用途には不適当 なものとなる。更に、従来のトラスに使用されることがある機械継手はトラスの 重量を増大させ、重量制限のある用途にはまずます不向きになる。As a result, prior art trusses buckle when subjected to thermal changes. In addition, adhesives and Due to mechanical joints, traditional trusses are no longer monolithic, making them unsuitable for precision mirror applications. Become something. Furthermore, mechanical joints that are sometimes used on conventional trusses are This increases weight, making it increasingly unsuitable for applications with weight restrictions.

第3に、一体弐トラスは、単一部材に鋳造されているので、従来のトラスに比べ て少ない労力で作れる。これに対し、多くの従来のトラスは部品どうしを組み付 けるために多くの労力を必要とする。Third, since the integral two truss is cast in a single member, it It can be made with less effort. In contrast, many conventional trusses are made by assembling parts together. It requires a lot of effort to maintain.

この発明はここで示され、記載された特別な実施例に限定されない。クレームし た発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく種々の変更や変形が可能である。The invention is not limited to the particular embodiments shown and described herein. Complain Various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

、 N+ PCT/US 92109235, N+ PCT/US 92109235

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.三次元的で、軽量で、一体構造のトラスを形成するように一体式に鋳造され た複数のセラミックトラス部材を有する開トラス構造。1. Three-dimensional, lightweight, monolithically cast to form a monolithic truss An open truss structure with multiple ceramic truss members. 2.前記構造は、−より多いトラス層を有する請求項1記載のトラス構造。2. The truss structure of claim 1, wherein the structure has - more truss layers. 3.前記トラス部材は、炭化珪素、窒化珪素、および炭化ホウ素よりなるグルー ブから選択された材料を含有する請求項1記載のトラス構造。3. The truss member is made of glue made of silicon carbide, silicon nitride, and boron carbide. The truss structure of claim 1, comprising a material selected from the group consisting of: 4.前記トラス部材が金属粉を含有する請求項1記載のトラス構造。4. The truss structure according to claim 1, wherein the truss member contains metal powder. 5.前記構造が略1kg/m2より小さい面積密度を有する請求項1記載のトラ ス構造。5. The truck of claim 1, wherein said structure has an areal density of less than about 1 kg/m2. structure. 6.(a)連続なセラミック表面シートと、(b)前記表面シートから延びかつ 前記表面シートに一体式に鋳造された一体式セラミックトラスと、を有し、 前記一体式セラミックトラスは、前記鏡基材が精密鏡表面を支持するに充分な剛 性を与えるセラミック鏡基材。6. (a) a continuous ceramic facesheet; and (b) extending from said facesheet and an integral ceramic truss integrally cast on the surface sheet; The monolithic ceramic truss is such that the mirror base material is sufficiently rigid to support the precision mirror surface. Ceramic mirror base material that provides unique properties. 7.前記基材はーより多いトラス層を有する、請求項6記載の鏡基材。7. 7. The mirror substrate of claim 6, wherein said substrate has more than one truss layer. 8.前記基材の面積密度が約2kg/m2より小さい、請求項6記載の鏡基材。8. 7. The mirror substrate of claim 6, wherein the substrate has an areal density of less than about 2 kg/m2. 9.一体式トラスに一体的に鋳造された裏面シートを更に有し、前記裏面シート が前記鏡基材の剛性を更に高くする、請求項6記載の鏡基材。9. further comprising a backsheet integrally cast into the integral truss, said backsheet The mirror base material according to claim 6, wherein the mirror base material further increases the rigidity of the mirror base material. 10.前記基材は、炭化珪素、窒化珪素、及び炭化ホウ素よりなるグルーブから 選択された材料を含有する、請求項6記載の鏡基材。10. The base material is made of a groove made of silicon carbide, silicon nitride, and boron carbide. 7. A mirror substrate according to claim 6, containing the selected material. 11.前記基材が金属扮を含有する、請求項6記載の鏡基材。11. The mirror base material according to claim 6, wherein the base material contains a metal cover. 12.一体構造のセラミックトラスにおける複数の一体式トラス部材をスリップ 鋳造するための溶解可能なコアの製造方法で、前記トラスが液体含有セラミック スリップから得られるものであって、適当な形状の無孔質材料の部材に複数の内 部通路を形成して、前記無孔質材料が可溶解性コアとなり、かつ前記セラミック スリップが充填された時に前記内部通路が前記一体式トラス部材を形成するよう にするとともに、前記無孔質材料はセラミックスリップ中の液体の磯間点より低 い温度で溶解可能である方法。12. Slip multiple integral truss members in a monolithic ceramic truss A method of manufacturing a meltable core for casting, wherein the truss is a liquid-containing ceramic. obtained from a slip, in which a plurality of internal parts are inserted into a member of non-porous material of suitable shape. forming a partial passageway in which the non-porous material becomes a soluble core and the ceramic said internal passageway forming said integral truss member when filled with slip; At the same time, the non-porous material has a temperature lower than the Isoma point of the liquid in the ceramic slip. A method that can be melted at low temperatures. 13.前記内部通路は、 (a)トラスの形に配置された除去可能なピンを有する治工具を組付け、 (b)無孔質材料を前記治工具に充填して溶解可能なコアを形成し、 (c)前記治工具から前記ピンをとり除き、(d)前記冶工具から前記溶解可能 なコアをとり除く、ことにより形成され、 これにより前記除去可能なピンが前記溶解可能なコア内に内部通路を形成する、 請求項12記載の方法。13. The internal passage is (a) assembling a tool having removable pins arranged in the form of a truss; (b) filling the tool with a non-porous material to form a meltable core; (c) removing the pin from the jig; and (d) dissolving the pin from the jig. formed by removing the core, the removable pin thereby forming an internal passageway within the dissolvable core; 13. The method according to claim 12. 14.前記内部通路は、適当な形状を有する無孔質材料の部材を機械加工するこ とにより形成される、請求項12記載の方法。14. The internal passageway may be machined from a piece of non-porous material having a suitable shape. 13. The method of claim 12, wherein the method is formed by: 15. 方法。 前記無孔質材料がポリスチレンである、請求項12記載の15. Method. 13. The non-porous material of claim 12, wherein the non-porous material is polystyrene.
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