JPH0821905A

JPH0821905A - 反射体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0821905A
Application number: JP6234104A
Authority: JP
Inventors: Ulrich Papenburg; パペンブルクウルリヒ; Ernst Blenninger; ブレニンガーエルンスト; Peter Goedtke; ゲートケペーター; Michael Deyerler; デーラーミヒャエル
Original assignee: IND ANLAGEN BETRIEBS GmbH; Deutsche Aerospace AG; IABG Industrieanlagen Betriebs GmbH
Current assignee: IND ANLAGEN BETRIEBS GmbH; Airbus Defence and Space GmbH; IABG Industrieanlagen Betriebs GmbH
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1996-01-23
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: ES2145796T3; JP3600642B2; ATE190407T1; EP0642040A1; EP0642040B1; DE59409178D1

Abstract

(57)【要約】【目的】機械的／熱的な特性が改善され、光学特性が
向上し、かつ製造の容易な反射体を提供する。【構成】反射体は、電磁波を反射する反射体であっ
て、基質要素と被覆と反射層とを備えている。前記基質
要素は、少なくとも部分的にカーバイド化した多孔質炭
素、および適切であれば埋め込まれたシリコンで構成さ
れている。前記被覆は、前記基質要素に強固に結合さ
れ、前記基質要素とは反対側の表面がとくに研削によっ
て滑らかにされ、かつシリコンまたはシリコンカーバイ
ドもしくは両方の混合物からなっている。前記反射層
は、シリコン、シリコンカーバイド、酸化シリコン、窒
化シリコン、金、銀、ニッケル、銅、またはそれらの金
属の合金からなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射体及びその製造方
法、特に、電磁波を反射する反射体及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】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、Ａｌ₂Ｏ₃、
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、さもなければ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より上の領域において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
の変化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
ラミックが高い重要性を持つ。

【０００９】ある種の構造的成分は、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と大きく、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にわたる繰り返しの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、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＺｎＯ
及びＰ₂Ｏ₅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
生じる。

【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^-6Ｋ^-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ー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^-6Ｋ^-1）とニッケル（１３×１０
^-6Ｋ^-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（前記資料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
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。しかし、
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^-7Ｋ^-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以下の低い引張強度、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３：W.Englisch,R.Takke,SPIL
E,Vol.1113,Reflective Optics II 1989,pages 190-194
ページ）。

【００１６】その機械的及び熱的特性並びに１．８５ｇ
／ｃｍ³という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（Ｒａ）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^-6Ｋ^-1）とニッケル
（１５×１０^-6Ｋ^-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
障害をもたらす。

【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
真空又は保護大気の炉中で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３２４６７５５Ａ
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。ドイツ
特許明細書３８０９９２１Ａ１から、市販されて
いるシリコンウェハを基板に固定することによってミラ
ーを製造できることが知られている。より大きいミラー
を製造するためには、そのようなウェハを何枚か次々に
配置する。それらのウェハの間の継ぎ目において、ウェ
ハはレーザ溶接または電子ビーム溶接によって相互に接
合される。次にミラーの表面を研磨する。また、軽金属
体または繊維で強化された複合プラスチック体を基質と
して用いる。ここで、上記諸欠点が再び現れる。それら
の欠点は、とくに、基質および反射体層に異なる材料を
使用することに起因する。

【００２２】ドイツ特許明細書３６２６７８０Ａ
１から、ミラーが光を反射するばかりではなくて、アン
テナとしても使用できることが知られている。そのドイ
ツ特許明細書に開示されているミラーは、炭素繊維で強
化した材料で製作された支持体を含んでいる。反射体層
はガラスまたはガラス質セラミックで構成され、基質に
直接融着されている。そのようなミラーの欠点について
は先に述べた。

【００２３】ドイツ特許明細書３０１８７８５Ａ
１から、ミラーの基質構造として機能し、熱的に極めて
安定している材料（すなわち、炭素から形成されるプレ
フォーム）を製造する第１の工程を含むミラーの製造方
法が知られている。ミラーを製造するために、ガラスの
前面プレートがこの基質構造の上に焼結または融着され
る。その結果として、基板と反射体層が非常に異なる温
度特性を持つ構造が再び得られるために、そのようなミ
ラーは熱衝撃に対する耐性が非常に小さい。また、その
ようなミラーの単位体積当たりの重量は比較的大きい。

【００２４】

【発明が解決しようと摺る課題】本発明が解決しようと
する課題は、機械的／熱的な特性が改善され、光学特性
が向上し、かつ製造の容易な反射体を提供することにあ
る。本発明が解決しようとする別の課題は、機械的／熱
的な特性が改善されかつ光学特性が向上した反射体を簡
単に製造する方法を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る反射体
は、電磁波を反射する反射体であって、基質要素と被覆
と反射層とを備えている。前記基質要素は、少なくとも
部分的にカーバイド化した多孔質炭素、および適切であ
れば埋め込まれたシリコンで構成されている。前記被覆
は、前記基質要素に強固に結合され、前記基質要素とは
反対側の表面がとくに研削によって滑らかにされ、かつ
シリコンまたはシリコンカーバイドもしくは両方の混合
物からなっている。前記反射層は、シリコン、シリコン
カーバイド、酸化シリコン、窒化シリコン、金、銀、ニ
ッケル、銅、またはそれらの金属の合金からなってい
る。

【００２６】請求項２に係る反射体は、請求項１に係る
反射体であって、前記反射層が、６００℃から２０００
℃までの温度範囲において、真空または保護雰囲気の下
で、化学的蒸着（ＣＶＤ）により形成されたものであ
る。請求項３に係る反射体は、請求項１に係る反射体で
あって、前記反射層が、２０℃から９００℃までの温度
範囲において、物理的蒸着（ＰＶＤ）により形成された
ものである。

【００２７】請求項４に係る反射体は、請求項１に係る
反射体であって、前記反射層が、２０℃と約２００℃の
間で、電気分解によって形成されたものである。請求項
５に係る反射体は、請求項１に係る反射体であって、前
記反射層がサーマル・フレームスプレーによって形成さ
れたものである。請求項６に係る反射体は、請求項１に
係る反射体であって、前記反射層がプラズマスプレーに
よって形成されたものである。

【００２８】請求項７に係る反射体は、請求項１に係る
反射体であって、前記反射層の下に形成された炭素層を
さらに備えている。請求項８に係る製造方法は、電磁波
反射のための反射体の製造方法であって、ａ．炭素、または炭化または黒鉛化された炭素含有物質
から多孔質基質要素を形成する工程と、ｂ．粉末シリコンまたはシリコンプレフォームの形、と
くにシリコンディスクの形で前記基質要素を被覆する工
程と、ｃ．酸化阻止雰囲気または真空中で１３００℃と１６０
０℃の間の温度において前記基質要素に液状シリコンを
含浸させ、および前記基質要素と液状シリコンの間の境
界部にシリコンカーバイド層を形成し、それから前記基
質要素に高温処理による融解または焼結によってシリコ
ン被覆を接合する工程と、ｄ．前記シリコンが被覆されている前記基質要素を冷却
し、かつ、適切であれば被覆を滑らかにする工程と、ｅ．シリコン、シリコンカーバイド、酸化シリコン、窒
化シリコン、金、銀、ニッケル、銅、またはそれらの金
属の合金の反射層を形成する工程と、を含んでいる。

【００２９】請求項９に係る方法は、請求項８に記載の
方法であって、前記反射層を形成する前に、炭素層を形
成する工程をさらに含む。請求項１０に係る方法は、請
求項８に記載の方法であって、前記シリコンを導入する
前に、前記多孔質基質要素に窪みを機械加工する工程を
さらに含む。請求項１１に係る方法は、請求項８に記載
の方法であって、前記基質要素に前記シリコンを被覆す
る前に、前記シリコンまたは前記基質表面あるいは両方
に、前記シリコンとの溶融共融体を構成する非多孔質金
属、好ましくは金を被覆し、３００℃から６００℃にお
ける熱処理により溶融共融体を製造する工程をさらに含
む。

【００３０】＊＊＊＊＊＊＊＊＊基質要素が、第１に、非常に容易に処理される材料、す
なわち、シリコンが含浸されるまでは特殊な性質を発揮
せず、シリコンを含浸された後では多大の努力でのみ処
理できる、ほぼ炭素で製造されるということが本発明の
重要な点である。第２に、（シリコンを含浸させた）基
質要素に付着されて、その基質要素に強固に接合されて
いるシリコン層に実際の反射層が形成されることが本発
明の重要な点である。シリコン層を別々に形成する代わ
りに、基質要素の表面が開口部すなわち孔がないシリコ
ン層でほぼ構成されるようなやり方で、基質要素に溶け
ているシリコンを含浸させることも可能である。それか
らそれを滑らかにし、実際の反射層を被覆することがで
きる。

【００３１】以下の説明においては、プレフォームを構
成するための基本的な材料として炭素または炭素繊維を
用いることを第１の出発点とすることにする。しかし、
類似の微細構造特性を持つ材料の開発、またはそのよう
な基質の使用が本発明の概念に含まれる事をこの際明確
に述べておかねばならない。本発明の重要な概念は、シ
リコン反射層を、中心を成す構造に強固に固定できるよ
うにするために、それらが「含浸される」ことである。

【００３２】更に、以下の説明は、外部層を構成するた
めに、シリコンで形成されたプレフォームすなわちウェ
ハを使用することについて全体として関連するものであ
ることを指摘しておかねばならない。また、顆粒状また
は粉末状の金属シリコンを使用することも可能である。
この場合には、その後で機械的処理（研削、研磨）を必
要とする。

【００３３】炭素繊維で強化した炭素マトリックスより
成るＣＦＣ複合材が、樹脂含浸および炭化法によって工
業的に製造されている。この方法によって得られた材料
は、宇宙空間内および高温度において機械的安定性が高
いというような特性と、単位体積当たりの重量が小さい
（１．０〜１．７ｇ／ｃｍ³ ）ことと、もろくないとい
う特性との極めて好ましい組合わせによって区別され
る。

【００３４】ＣＦＣの優れた材料特性とは対照的なこと
は酸化に対する抵抗性が低いことである。これは酸素を
含んでいる雰囲気中でこの材料を採用する可能性を大き
く制約する。現在では、この材料の酸化に対する抵抗性
が低いことが、ＣＦＣを真空および保護雰囲気中で使用
することに制約している。その理由は、さもないと、４
００℃以上の温度でその材料は燃えてしまうからであ
る。

【００３５】この材料の酸化に対する抵抗性を向上させ
るために、いわゆるセラミックマトリックス複合体（Ｃ
ＭＣ）が開発された。この材料は、耐火性コンポーネン
トおよびセラミックコンポーネントが多孔質ＣＦＣマト
リックス中に含浸されている。短繊維プレフォームを製
造することも可能である。その短繊維プレフォームにお
いては、炭素をベースとする短繊維がフェノール樹脂懸
濁液中に溶解され、温度が上昇した時に硬化する。酸素
が存在しない状況において温度が更に上昇すると、２つ
の複合質の樹脂結合剤が炭化される。

【００３６】本発明のコンポーネントはそれの基本的な
構造要素として繊維強化ＣＦＣまたはＣＭＣ、または炭
素ハニカム複合体プラス表面金属シリコンを有する。こ
こでは、金属シリコンを、拡散法、焼結法または融着法
によって、シリコンプレフォームとして、またはウェハ
として、あるいはシリコン粉末としてＣＦＣキャリヤ基
質に付着された元素シリコンを意味するものと理解され
たい。シリコンウェハは高純度シリコンより成る薄い金
属片である。シリコンは等方性構造または多結晶構造を
持つことができる。

【００３７】全体として、炭素繊維強化炭素体は、改善
された機械的特性および物理的特性をいくつか持ち、不
活性雰囲気中で２２００℃までの温度で採用できるとい
う点で、既知の炭素材料とは異なる。製造プロセスを変
更する多くの方法によって、すなわち、炭素繊維の種類
および繊維前処理、繊維の向きまたは配置、繊維含有
量、形成方法（プレス、貼合わせまたはローリング）、
以後の緻密化サイクルの数、およびある場合には焼きな
まし温度および黒鉛化温度を変更することによって、広
い範囲にわたりそれらの特性を変更できる。それらの手
段によって、材料の構成、とくに構造、マトリックスお
よび多孔率に特定の方法で、および意図する用途の要求
に合致させて影響を及ぼすことができる。

【００３８】原則として、炭素繊維ではなくてシリコン
カーバイド繊維で強化したシリコンカーバイドを使用す
ることも可能である。蒸気シリケーション法（ｖａｐｏ
ｒ−ｓｉｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ）を使用す
ることも本発明に従う。この場合には、多孔質基質要素
を１６００℃と２３００℃の間の温度でシリコン含有雰
囲気（シリコン蒸気）にさらすことによってその基質要
素にシリコンを含浸させる。

【００３９】本発明によって、形状が複雑で、温度衝撃
耐性が高く、比較的軽量（０．５〜２ｇ／ｃｍ³ ）であ
ると同時に引っ張り強度が高く（＞１５０ＭＰａ）、熱
膨張率が小さく（ＴＥＣ）が小さく、光の反射に適当な
表面を持つコンポーネントを製造できる。本発明の別の
利点は、経済的な価格で市販されて、シリコンで「処
理」する前に任意の工作機械で機械加工できる材料を使
用できことである。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。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１３５０〜１４５０℃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。

【００４６】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。

【００４７】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未
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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】本発明に従って、炭素、またはシリコンカ
ーバイド、またはシリコン、または酸化シリコン、また
は窒化シリコン、または金、または銀、またはニッケ
ル、または銅、またはそれらの合金より成る反射層を、
セラミックマトリックス複合体（ＣＭＣ）で製造された
基質の処理されていない表面または研磨された表面に、
物理蒸着（ＰＶＤ）によって、真空または保護雰囲気中
で、好ましくは２０℃から９００℃の温度範囲で、付着
する。

【００５２】滴または粒子を基質表面に移動させること
によって付着される熱スプレーにより得られる層とは対
照的に、気相からの原子または分子の付着によって、数
オングストロームから数ミリメートルの範囲にできる厚
さの層を形成することによってそれらのＰＶＤ被覆は製
造される。最も広く用いられるＰＶＤ層の態様は、真空
金属化層、スパッタ層、およびイオンメッキ層を含む。
この手段によって、材料、たとえば、金属、合金、ガラ
ス、セラミックス、および非金属、ならびにプラスチッ
ク、を表面に付着できる。

【００５３】真空金属化法においては、金属または化合
物を真空中で蒸発させ、その蒸気よりかなり低い温度の
ミラー基質表面に付着させる。原子または分子が基質表
面に衝突するエネルギーは低く、層を良く付着させるた
めには不十分である。したがって、ミラーの被覆する側
の表面をとくに準備する。この準備は、たとえば、蒸着
装置において、グロー放電プラズマ中の不活性ガスのイ
オンを表面に照射すること、または不純物および関連す
る吸収した膜（水分）を揮発させるために部分を数１０
０℃まで加熱すること、あるいは両方の処理を行うこと
によって行うことができる。被覆物質は、抵抗加熱、高
周波加熱、、電子ビーム加熱またはレーザビーム加熱に
よる熱によって気化させる。真空法においては、原子／
分子の自由行程は数メートルであるから、粒子は基質表
面に直接、すなわち、残留ガス雰囲気の分子に衝突する
ことなしに、進むことができ、底の凝縮して付着膜を形
成する。

【００５４】本発明の反射体の反射層は、いわゆるスパ
ッタ法によっても製造できる。この方法では、グロー放
電プラズマ中で分子の雲が発生される。被覆物質で構成
されている陰極と陽極の間の希ガス（たとえば、Ａｒ）
に約１〜１０ｋＶの電圧を印加することによって、希ガ
スイオン（Ａｒ⁺）が発生される。そのイオンが陰極に
照射される。それによって放出された陰極物質の原子
が、陰極の近くに配置されているミラー基質の表面に付
着される。コンポーネント（資料ホルダー）と原子を照
射されるものが接地される。この方法を変更した方法に
おいては、反応性ガス雰囲気中でスパッタリングを行う
ことができる。この方法では、陰極を出た金属原子がそ
の反応性ガス雰囲気と反応してカーバイド、窒化物また
は酸化物のような化合物を生成する。それからそれらの
化合物を付着させて被覆を形成する。

【００５５】イオンメッキにおいては、被覆物質を蒸発
させてプラズマにし、そのプラズマを蒸発源と被覆すべ
きミラーコンポーネントの間に保持し、プラズマから基
質に付着させる。プラズマから基質上に付着する。排気
できる装置において熱蒸発器、誘導加熱、または電子銃
によって被覆物質を蒸発させる。陰極として作用する基
質と陽極（蒸発源）の間にプラズマが発生される。希ガ
スの衝撃イオン化によってプラズマ中で発生された陽イ
オンがミラー基質に照射される。その結果、外来物質の
層が基質から除去されてそれの表面が清浄にされ、僅か
にエッチングおよび活性化される。蒸発源からプラズマ
に入る被覆物質の粒子の１％が衝撃イオン化によってイ
オン化され、電界によってミラー基質へ向かって加速さ
れる。その基質が非導電性物質で構成されているなら
ば、その基質を陰極として作用する導電性ワイヤメッシ
ュで被覆する。加速されたイオン化された粒子は電荷交
換によって持っている電荷を失うが、この状態において
も、それらの粒子はそれがイオンであったときに獲得し
た速度を保持しているから、それらの粒子は基質表面に
高いエネルギーで衝突する。表面からの物質のスパッタ
による放出と被覆物質の付着とは同時に起きるから、層
の最適な堆積のために求められる清浄な表面を常に得る
ことができる。加速された粒子による基質表面中への含
浸によって、ある種の拡散層が生じる。この拡散層によ
ってイオンメッキされた被覆が著しく強固に付着される
ことになる。イオンメッキにおいては、別の反応性イオ
ンメッキが再び存在する。プラズマ中に導入された物質
は、ここで、または基質上で随伴物質と反応して新しい
層を発生する物質を生じる。

【００５６】真空金属化およびイオンメッキにおいて
は、ミラーコンポーネントが８００℃またはそれ以上の
温度にさらされるために、基質物質（インターロッキン
グ層または接合仲介層）に作用を及ぼすことができるか
ら有利である。スパッタリングによって層が付着される
場合には、ミラー基質は約３００〜５００℃に加熱され
るだけである。複雑な形の反射体コンポーネントの場合
には、スパッタリングは選択方法である。その理由は、
高度の散乱が達成されるからである。スパッタリングと
イオンメッキによって層が基質表面に極めて強固に接合
される。

【００５７】あるいは、本発明に従って、処理していな
い基質構造に、またはセラミックマトリックス複合体
（ＣＭＣ）に、炭素、またはシリコンカーバイド、また
はシリコン、または二酸化シリコン、または窒化シリコ
ン、またはニッケル、またはそれの合金で構成されてい
る表面清浄化層と反射層の少なくとも１つを、真空中ま
たは保護雰囲気の下で、好ましくは６００℃から２００
０℃の温度範囲で、化学蒸着（ＣＶＤ）で付着する。

【００５８】化学蒸着という用語は、各種の反応ガスお
よび担体ガスを特定の化学量論的割合で熱分解し、した
がって反応して付着された固体プラス気体状副製物を形
成することを基本的に意味する。固体生成物として、被
覆すべき物体を囲んでいるガス雰囲気中で金属、金属と
非金属の化合物、および有機物構造をその物体の表面に
形成して、そこに付着できる。基質物質は、化学反応の
ために必要な高い温度で損傷を受けない任意の金属また
は非金属とすることができる。ＣＶＤ法によって、たと
えば、セラミック層、および独特の機械的特性、化学的
特性、熱的特性、電気的特性および光学的特性の少なく
とも１つを持つ極めて高純度の構造を製造できる。

【００５９】ＣＶＤ法（表面付着）においては、流れて
いるガスまたは混合ガスを、被覆すべき気相、または高
温コンポーネント、あるいは両方で熱分解する。この分
解の不揮発性生成物、たとえば、炭素、またはシリコ
ン、またはシリコンカーバイドが、成長してミラーコン
ポーネントの上に層を生じる核を形成する。ＣＶＤ反応
器における最も重要な物理的パラメータは温度と、温度
分布と、分圧と、ガスの量および組成と、ガス速度と、
コンポーネントにおける関連する流れ条件とである。装
置およびコンポーネントに特有の面、たとえば、炉の設
計および寸法、処理される物体の形状、その物体の炉内
部の位置、がある役割も演じ、基質を製造する材料は最
低の要因ではなく、プロセスの実施に決定的な影響を及
ぼす。

【００６０】本発明の別の態様は、ニッケル、または
銀、または金、または銅またはそれらの合金より成る光
反射層が、研磨されている反射体表面に、またはＣＭＣ
法で、好ましくは２０℃から２００℃の温度範囲で、電
気分解によって製造された基質構造に付着される。フレ
ームスプレーまたはプラズマスプレーのような熱スプレ
ー被覆法を用いて、シリコン、またはシリコンカーバイ
ド、または酸化シリコン、または窒化シリコン、または
ニッケル、またはそれらの合金より成る層を付着するこ
ともできる。ミラー基質表面に付着すべき物質の滴すな
わち粒子を移転させることによって反射体層を形成でき
る。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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
Ｏ₃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。

【００６４】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。

【００６５】

【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レグ（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する。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、酸素のない状態（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（ｍａ
ｔｒｉｘ）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の比重を持つ。

【００６６】ブロックは、次に切削、ミリング又は研削
等の機械加工が施されることにより、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１２３
ｍｍ，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。

【００６７】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った。これ
は、光学的反射構造には極めて適合したものと言える。
最後に、ミラー表面にＰＶＤによって金を蒸着する。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。

【００６８】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（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）は７０ｖ
ｏｌ．％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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】反射層がさらに形成される。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。

【００７３】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^-6Ｋ^-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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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
ｍ²以上の４点曲げ強度を示す。

【００７７】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。

【００７８】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固定することも勿論可能であ
る。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】本発明のこの実施例の重要な特徴は、シリ
コンプレフォーム（ウェハ）と基質構造の間の接合を約
３００℃と６００℃の間の温度で行うことができ、一方
でこの実施例においてはプロセス温度が約９００℃と１
５００℃の間であることである。更に、非多孔質金属と
して金を使用する場合には、正常な大気、または常圧、
または両方において動作させることが可能である。

【００８４】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。

【００８５】

【発明の効果】請求項１に係る反射体によれば、機械的
／熱的な特性が改善され、光学特性が向上し、かつ製造
の容易になる。請求項２に係る反射体によれば、請求項
１に係る効果がさらに改善される。請求項３に係る反射
体によれば、請求項１に係る効果がさらに改善される。

【００８６】請求項４に係る反射体によれば、請求項１
に係る効果がさらに改善される。請求項５に係る反射体
によれば、請求項１に係る効果がさらに改善される。請
求項６に係る反射体によれば、請求項１に係る効果がさ
らに改善される。請求項７に係る反射体によれば、請求
項１に係る効果がさらに改善される。請求項８に係る方
法によれば、機械的／熱的な特性が改善されかつ光学特
性が向上した反射体を簡単に製造できるようになる。

【００８７】請求項９に係る方法によれば、請求項８に
係る効果がさらに改善される。請求項１０に係る方法に
よれば、請求項８に係る効果がさらに改善される。請求
項１１に係る方法によれば、請求項８に係る効果がさら
に改善される。

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウルリヒパペンブルクドイツ連邦共和国 86983 レッヒブリュックグルップミュール 10 (72)発明者エルンストブレニンガードイツ連邦共和国 81735 ミュンヘンマデルゼーダーシュトラーセ 24 (72)発明者ペーターゲートケドイツ連邦共和国 81667 ミュンヘンインネーレビーナーシュトラーセ８ (72)発明者ミヒャエルデーラードイツ連邦共和国 86535 ジーゲルツブルンリリーンシュトラーセ４アー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波を反射する反射体であって、少なくとも部分的にカーバイド化した多孔質炭素、およ
び適切であれば埋め込まれたシリコンで構成された基質
要素と、前記基質要素に強固に結合され、前記基質要素とは反対
側の表面がとくに研削によって滑らかにされ、かつシリ
コンまたはシリコンカーバイドもしくは両方の混合物か
らなる被覆と、シリコン、シリコンカーバイド、酸化シリコン、窒化シ
リコン、金、銀、ニッケル、銅、またはそれらの金属の
合金の反射層と、を備えた反射体。
【請求項２】前記反射層は、６００℃から２０００℃ま
での温度範囲において、真空または保護雰囲気の下で、
化学的蒸着（ＣＶＤ）により形成されたものである請求
項１に記載の反射体。
【請求項３】前記反射層は、２０℃から９００℃までの
温度範囲において、物理的蒸着（ＰＶＤ）により形成さ
れたものである請求項１に記載の反射体。
【請求項４】前記反射層は、２０℃と約２００℃の間
で、電気分解によって形成されたものである請求項１に
記載の反射体。
【請求項５】前記反射層がサーマル・フレームスプレー
によって形成されたものである請求項１に記載の反射
体。
【請求項６】前記反射層がプラズマスプレーによって形
成されたものである請求項１に記載の反射体。
【請求項７】前記反射層の下に形成された炭素層をさら
に備えた請求項１に記載の反射体。
【請求項８】ａ．炭素、または炭化または黒鉛化された
炭素含有物質から多孔質基質要素を形成する工程と、ｂ．粉末シリコンまたはシリコンプレフォームの形、と
くにシリコンディスクの形で前記基質要素を被覆する工
程と、ｃ．酸化阻止雰囲気または真空中で１３００℃と１６０
０℃の間の温度において前記基質要素に液状シリコンを
含浸させ、および前記基質要素と液状シリコンの間の境
界部にシリコンカーバイド層を形成し、それから前記基
質要素に高温処理による融解または焼結によってシリコ
ン被覆を接合する工程と、ｄ．前記シリコンが被覆されている前記基質要素を冷却
し、かつ、適切であれば被覆を滑らかにする工程と、ｅ．シリコン、シリコンカーバイド、酸化シリコン、窒
化シリコン、金、銀、ニッケル、銅、またはそれらの金
属の合金の反射層を形成する工程と、を含む電磁波反射
のための反射体の製造方法。
【請求項９】前記反射層を形成する前に、炭素層を形成
する工程をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記シリコンを導入する前に、前記多孔
質基質要素に窪みを機械加工する工程をさらに含む請求
項８に記載の方法。
【請求項１１】前記基質要素に前記シリコンを被覆する
前に、前記シリコンまたは前記基質表面あるいは両方
に、前記シリコンとの溶融共融体を構成する非多孔質金
属、好ましくは金を被覆し、３００℃から６００℃にお
ける熱処理により溶融共融体を製造する工程をさらに含
む請求項８に記載の方法。