JPS62229102A - 反射鏡 - Google Patents

反射鏡

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JPS62229102A
JPS62229102A JP7111286A JP7111286A JPS62229102A JP S62229102 A JPS62229102 A JP S62229102A JP 7111286 A JP7111286 A JP 7111286A JP 7111286 A JP7111286 A JP 7111286A JP S62229102 A JPS62229102 A JP S62229102A
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alloy
reflecting mirror
layer
weight
substrate
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JP7111286A
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English (en)
Inventor
Tatsuhiko Matsumoto
辰彦 松本
Tetsuo Fujiwara
藤原 鉄雄
Yoshio Fukuhara
福原 由雄
Miharu Fukazawa
深沢 美治
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は反射鏡に関し、更に詳しくは、レーザー光など
の可視光、紫外線および赤外線に対し高い反射率を有す
る反射鏡に関する。
(従来の技術) 従来、可視光レーザー、赤外線レーザー、紫外線レーザ
ーなどの強力な光に対する反射鏡の表面相の材料には、
タングステン(W) 、W基合金、モリブデン(Mo)
またはMo基合金が多用されている。これらの金属が有
用であるのは、融点、熱伝導率、弾性係数および赤外線
領域での光の反射率が高く、かつ熱膨張係数が低いため
である。したがって、このような材料を用いた反射鏡は
、他の金属を用いたものに比べて、表面損傷が少なく、
かつ許容される光エネルギー密度の限界値(しきい値)
が高いという利点を有している。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来の反射鏡Jれ(1゛・機械加Tなど
により表面を精度よく反射鏡の形状に削り出すため、■
使用時、反射鏡の形状を保持するため、■吸収される光
エネルギーを内部に拡散して表面の温度1−Aを防止す
るため、どう(、でもある程度の厚さが必要となる。そ
して、WおよびMOの比重は、それぞれ、19.3およ
び1O42と大きく、またこれらの基合金も同様に比重
が大きいため、従来の反射鏡の玉掛は大きいものとなっ
てくる。このため、反射鏡を支持する部材を含む光学系
全体にかかる荷重が大きくなってしまう。
このことは、例えば、反射鏡を宇宙空間に設ける場合に
、地−にから運搬するロケントなどの運搬手段に大きな
負担となっていた。
また、MoとRuの合金は硬さが高く、傷つきにくく、
しかも耐食性も良好であるために、この合金による反射
鏡は反射率が経時的に低下することがないものの、極め
て高価なRuを用いるために反射鏡の製造コス)・が高
くなるとともに、熱伝導率が低ド(例えば、RulO重
隈%の添加で純MOの約115になる。)するために強
力な光照射を受けた場合、発生する熱を熱伝導により拡
散させる性能が低下するという問題点もあった。
さらに、従来の反射鏡は、反射率が十分でないため、照
射時に表面相に熱が大量に発生し、光のエネルキー密度
が高いと表面相の変形、クラックの発生、溶融などの損
傷を招いていた。
[発明のmJ&] (問題点を解決するための手段) 本発明者らは、」−記した不都合を解決するために鋭意
研究を重ねた結果、■表面相のみをWまたはW基合金で
構成し、基層を軒い材ネ:lで構成すればより軽批の反
射鏡が得られる、■反射鏡の表面相の材料として硬さが
高く、傷つきにくく、反射率が良好で、耐食性が良好で
種々の雰囲気中でも表面に酸化膜が形成され難く、この
ため反射率の経蒔的低下の少なくないM o −Ru合
金が適しているが、このM o−Ru合金は反射鏡の表
面相にのみあればよく、反射鏡の表面下の基層は高強度
で、熱伝導率が高く、熱膨張係数がM o −Ru合金
と近似し、かつ低い安価な材料としてのMOまたはMo
基合金で構成すれば、全体的にコストが安く、かつ熱伝
導率の良好な反射鏡が得られるという知見を得、本発明
を完成するに至った。
ずなわぢ、本発明の反射鏡は、モリブデン(Mo)また
はモリブデン基合金の基体と、前記基体の表面に接合さ
れ、タングステン(W)、タングステン基合金またはル
テニウム(Ru)を5〜75重措%含むモリブデン基合
金の表面反射層とで構成されていることを特徴とするも
のである。
本発明の表面反射層は、WもしくはW基合金から成り、
通常、その厚さは25μm以上、10mm以下である。
厚さが25μm未満であると表面層の什」−研磨を行う
時に表面層が削り取られ基体が表面に露出するおそれが
あり、また強い光照射をうけた時に基体の温度が上昇し
すぎ損傷をうける恐れがあるためであり、一方、厚さが
10mmを越えると重緩か人きくなりすぎるためである
。基体は、純Moが使用され、基体に高い強度が必要と
される場合には合金元素を高い熱伝導率や低い熱膨張係
数などのMOの特性を阻害しない範囲内で添加したMo
を主成分としたMo基合金が使用される。このようなM
o基合金の代表的な例としては、0.5重量%のチタン
と0.1重址%ジルコニウムおよび250重量ppmの
炭素を含有し残部Moから成る合金(通称TZM合金)
がある。
この合金は強度が純MOにくらべ非常に高い一方で、合
金元素の添加量がそれほど多量ではないので、熱膨張係
数および熱伝導率の値は純MOのそれとほとんど変らな
い優れた値を示す。
また、もう一方の表面反射層は、M o −Ru合金か
ら成り、Ruを33〜44重量%含んで成るものが好ま
しく、特に好ましくは38.9重量%である。」二記合
金は、Ruが5%未満であると硬さが低く傷がつきやす
く、また耐食性が悪く経時的に反射率が劣化するなど良
好な反射特性が得られず、一方Ruが75%より多くな
ると脆化が著しくなり、実用に供することが出来ないも
のである。
これらの表面反射層と、基体とを接合する方法としては
、拡散接合法、ロウ旧法、スパッター法、蒸着法、化学
蒸着法などがある。これを大別、  すればあらかじめ
WもしくはWを含有する合金を製造した後、これをMO
もしくはMOを含有する合金の基体に接合する拡散接合
法およびロウ付法とMOもしくはMOを含有する合金の
基体りにW層を真空蒸着、スパッター、化学蒸着法など
により成長せしめる方法、およびWを含有する合金層を
スパッタ法により成長せしめる方法およびWを含有する
合金層をスパッター法により成長せしめる方法とになる
。前者の方法では、あらかじめWもしくは、Wを含有す
る合金の板材を製造しておく必要がある。その製造方法
としては焼結法と溶解法の三方法がある。焼結法では、
W粉末およびもし必要ならば添加する合金元素粉末とを
所定の割合に配合、混合し、成型した後、不活性雰囲気
(真空を含む)もしくは還元性雰囲気下で高温で焼結し
て焼結体を製造する。焼結体は、熱間で加圧をするか、
高温で静水圧成形処理を施して密度を高め、空隙を少な
くした後、切削加1]、研削加−■二、放電加工などの
方法によって所望の表面層の形状に加工を行なう。溶解
法においては、焼結法と同様にして焼結体を製造するが
、その焼結体を溶解原料として、アーク溶解電子ビーム
溶解、プラズマ電子ビーム溶解などの手段により溶解し
、溶解インゴットを製造する。得られたインゴットをも
し必要ならば熱間で加圧をした後、切削加工、研削加工
、放電加工などの方法によって所望の表面層の形状に加
圧を行う。焼結法と溶解法とを比較すると、焼結法では
加圧を行っても酸化物を1;体とする介在物および微細
な空隙の存在がさけられず、切削、研削あるいは研磨し
た表面にそれらの欠陥が現れ、光の反射率を下げること
になる。溶解法によって製造された材料ではそのような
おそれが少ないため、表面層の材料は溶解法によって製
造することがより望ましい。
あらかじめ成型された板材を表面層と17て基体に接合
する方法としては、ロウ付法および拡散接合法がある。
ロウイ・1法は、銀ロウ、Niロウ、金ロウ、Tiロウ
、Zrロウなどを用いて接合する方法であり、比較的低
温で接合を行うことができるが、ロウ旧都の耐熱温度が
低いこと、界面にロウ材が介在するので熱伝達が阻害さ
れることなどの短所がある。一方、拡散接合法は、表面
層および基体を接触せしめ、荷重を加えて高温で熱処理
を行ない表面層および基体の間に相互に拡散をおこさし
め接合する方法であり、熱処理に高温を要するが、耐熱
性があり熱伝達のよい接合かえられる方法である。
基体上にWあるいはWを含有する合金層を成長せしめる
方法としては、スパッター法、真空蒸着法、化学蒸着法
などがあり、合金層を成長せしめるには、スパッター法
が適する。この方法では、まず、焼結法などにより合金
のターゲットを製造し、そのターゲットとあらかじめ研
磨した仕上げをした基体とを低圧の不活性ガス中で相対
せしめ両者の間に直流電圧をかけることにより基体上に
合金層を成長せしめる。
表面層をWを含有する合金で構成する場合には、添加す
る合金元素量はWの熱伝導率や熱膨張係数を大[1]に
は変化せしめない程度に限定され、代表的な添加合金元
素としては、Re、Mo。
Ruなどがある。特にRuの添加はWの強さを増加せし
め硬さを増大せしめて表面を傷つき難くさせ、耐食性を
改善せしめて、腐食による反射率の経時変化を少なくさ
せることができる。このW−Ru合金のRu含有量とし
ては、5重置%〜45重量%に限定される。Ru含有量
が5重量%未満であるとRuによる耐食性の改善が見ら
れず、一方Ru含有量が45重量%より多くなると熱伝
導特性が著しく低下し実用に供することが出来ないもの
である。さらにこのRuの含有量は20.6〜28.6
重量%が好ましく、特に好ましくは27.0重量%であ
る。
これらの表面層および基体を接合する方法としては、拡
散接合法ロウ付法、スパッター法、Ru蒸着後の熱処理
法などがある。これを大別すればあらかしめM o −
Ru合金を製造した後、これをMoもしくはMO合金の
基体に接合する拡散接合法およびロウ旧法とMOもしく
はMO合金の基体−ににM o −Ru合金層をスパッ
ターにて成長せしめる方法、同じく基体りにRuをスパ
ッター、真空蒸着、化学蒸着法などにより耐着せしめた
後、熱処理を行ないM o −Ruを主体とする合金層
を形成せしめる方法とになる。前者の方法では、あらか
じめM o −Ru合金を製造しておく必要がある。そ
の方法としては、焼結法と溶解法の三方法がある。焼結
法では、MO粒粉末よびRu粉末を所定の組成に配合、
混合し、成型した後、不活性雰囲気(真空を含む)もし
くは還元性雰囲気で高温で焼結して合金の焼結体を製造
する。焼結した合金は、熱間あるいは冷間で加工をする
か、800°C程度以上の温度で静水圧成形処理を施し
て密度を上げ、空隙を少なくした後、切削加工および/
あるいは研磨加工を行って所望の表面層の形状に加圧を
行う。溶解法において焼結法と同様にして合金の焼結体
を製造した後、この焼結体をアーク溶解、電子ビーム溶
解あるいはプラズマ電子ビーム溶解により溶解し、得ら
れたインコ・ントをもし必要ならば熱間および/あるい
は冷間で加]−シた後、切削加工および/あるいは研磨
加■−を行って所望の表面層の形状に加工を行う。焼結
法と溶解法とを比較すると焼結法では加工を行っても酸
化物を主体とする介在物および微細な空孔の存在が避け
られず、切削あるいは研磨して表面にそれらの欠陥が現
れ光の反射率を下げることになる。溶解法によって製造
された合金ではこのようなおそれが少ないため、表面層
の材料は溶解法によって製造する方がより望ましい。
次に表面層と基体との接合であるが、ロウ付などの方法
によれば比較的低温で両者を接合することができる。こ
の方法では接合界面の熱抵抗が比較的高い、表面層から
基体への熱伝導が阻害されるおそれがある。両者を直接
重ね合せ高温で荷重をかけて接合するホットプ1/スに
よる拡散接合法によれば、熱処理に高い温度を必要とす
るが、はとんど熱抵抗のない接合界面を得ることができ
、またロウイ1法にくらべてより高温まで高い接合強度
を示すため、表面層と基体とは拡散接合により接合する
ことがより望ましい。
また、さらに薄く安定した空孔や介在物のない密着した
表面層を得るためには、基体上にM o −Ru合金層
をスパッターにより形成せしめる方法がある。この場合
、M o −Ru合金のスパッターターゲットあるいは
MOとRuを組み合せたスパッターターゲットを用い、
低圧の不活性ガス中で基体上にスパッターによりM o
 −Ru合金層を生成せしめる。基体は、スパッター前
に切削および/または研磨加工により平滑に什−1−ば
ておくことが望ましい。
基体上に真空蒸着、スバ・ンター、化学蒸着などの方法
によりRu層を形成し、ついで拡散熱処理をほどこすこ
とによって表面にM o −Ruを主成分とする合金層
を得ることもできる。この方法によると表面層の化学組
成を精密に制御することは困難であるが、表面層から基
体まで連続して化学組成が変化しているので、表面層と
基体の密着性にすぐれ、また熱伝導もすぐれている。基
体として純MOを用いれば表面層として純粋なM o 
−Ru合金層が得られるが、基体がMO合金であっても
そのMo含有量が80%以上であれば表面層はM o−
Ruを主体とする合金層が得られる。基体のMo合金中
のMo含有量が8%未満であると表面のM o −Ru
を含有する層中のその他の元素量がふえてM o−Ru
合金の有する高硬度、高耐食性、高反射率などの特性を
害するに至るので適当でない。
表面層の厚さは、0.01mm−10mmの範囲が適当
である。0.01mmより薄い場合、表面の什」二研磨
加工時や、傷がついた時に基体が表面に露出され、硬さ
や、耐食性などが害されるおそれがある。また、厚さが
10mmを越えると熱伝達が悪くなりまた高価なRuを
大量に必要とするため適当でない。また研磨仕上の表面
層のさらに表面に反射率を改善するため、適当な金属の
薄い層を蒸着スパッターもしくは化学蒸着などの手段に
より付けることが有効である。たとえば赤外線領域の反
射率を改善するためにはAu、Ag。
Cuなとの薄層をつけることが有効である。
以下において、実施例および比較例を掲げ、本発明を更
に詳しく説明する。
(発明の実施例) 実施例−1 粉末焼結法によって製造したW焼結体(C:6毛星pp
m、0:20重星ppm含有)を熱間鍛造および圧延に
よって加下し、厚さ1.1mmの板を製造した。−・方
、粉末焼結法によってMo焼結体を製造し、熱間鍛造に
より厚さ9mmの板材を製作した。このW板とMo板を
重ね合せ、真空中にて5Kg/cmの荷重を加え、1,
950°Cで2時間の熱処理を行って両者を接合した。
この接合板より放電却下により直径30mmの円盤を切
り出し、W側表面をアルミナ砥石およびボラゾン砥石に
て研削加圧を行なった後、仕」−研磨を5i02を用い
た液中ポリラシャ−にて行ない平面反射鏡を得た。得ら
れた反射鏡の厚さは10mmであり、反射面の表面粗さ
はrms (ルート・ミーン・スクエア)で10nm以
下であった。この反射鏡の重量を測定し、次いで炭酸ガ
スレーザーの波長10.6μmの光を反射鏡の表面に対
して直角に入射せしめ、反射鏡の温度」−昇を測定する
ことにより、反射鏡の反射率を測定した。
また、この反射鏡の表面の耐食性を評価するため、90
 ’01気圧、相対湿度90%の空気中に500時間放
置し、その後、再び反射鏡の反射率を測定した。それら
の試験結果を表に示す。
支施涜」 粉末焼結、鍛造によって製造された厚さ10mmの純M
o板(C:5重量p p m 、 O: 65重量pp
mを含有)から直径30a+mの円盤を切り出し、この
表面を切削および研磨によって粗さrms約50nsに
まで什」−げ、これを基体として5 X 10’ To
rrのアルゴン雰囲気中で、粉末焼結法によって製造さ
れたRu24.O重量%残部Wの組成から成るターゲッ
トを用い、基体上にW−Ru合金層を80−の厚さにま
で成長させた。この層の組成はX線分析によれば、Ru
26.5重量%、残部Wであった。ついで、この表面を
Si02を含む液中ポリラシャで仕−1−げた。得られ
た反射鏡は、厚さlOn+mであり、反射面の表面粗さ
は、rmsでlOnm以下であった。この反射鏡につい
て実施例1と同様の試験を行なった。それらの試験結果
を表に示す。
支電掬」 平均粒径5−のMo粉末613重量%および平均粒径2
〜3PのRu粉末38.7重量%から成る粉末を混合し
、2 ton/−の加圧力でプレス成型後、水素雰囲気
中、1,600°Cで2時間熱処理を行ない密度93%
の焼結体を得た。次いで、この焼結体をグイナパック鍛
造機(高速度エネルギー鍛造機)を用い、鍛造温度1,
300’Oで熱間鍛造を行ない、次いで1,600’O
での中間焼鈍を中間にはさみながら熱間および温間の圧
延を行って、厚さ1mmの板材を得た。この板材の化学
組成は、Ru38.5重量%、残部MOであった。
この1mm厚のM o −Ru合金板材と通常の焼結、
熱間鍛造によって製造した9mm厚の純Mo板材とを重
ね合せ、5Kg/crAの荷重を加えて真空中にて1.
’900°C2時間の熱処理を行って両者を接合した。
次いで、切削および研磨加J二によりM o −Ru合
金層表面を鏡面に加工し、最終はS i 02を用いた
液中ポリラシャで什1−研磨を行った。表面粗さは、r
mslOnm以下であった。以上のようにして得られた
反射鏡の反射率をCO2レーザーの波長10 、6pI
の光を用い1反射鏡の温度上昇をはかることにより測定
した。得られた結果を表に示す。次に反射面の耐食性試
験を実施した。反射鏡を90°C1気圧相対湿度90%
の空気中に500時間放置し、その後の反射率を再び測
定し、反射率の耐食性試験前との変化をもって耐食性の
目やすとした。結果を表にポす。
史舊1A 粉末焼結、鍛造によって製造された厚さlOs+wの純
Mo板の表面を切削および研磨により粗さ最大約50n
鵬にまで什にげ、これを基体とし5X10 ’ Tor
rのAr雰囲気中で粉末焼結法によって製造されたM 
o 55玉掛%、Ru45重量%の組成から成るターゲ
ントを用い基体−1−にスパ・ンターによりM o −
Ru合金層を厚さ約0.15mmまで成長させた。つい
でこの表面を5j02を含む液中ポリラシャで仕にげ、
粗さrms約10nm以下の鏡面とした。表面層の組成
はX線分析によればRu40.8重量%残部Moであっ
た。このようにして得られた反射鏡について実施例3と
同様にして反射率の測定および耐食性試験を実施した結
果を表に示す。
史施1J アーク溶解、鍛造によって製造された厚さlOamの純
Mo板(C:250p’pm、0:5ppmを含有)の
表面を切削および研磨により粗さrms約50nmにま
で仕−にげ、これを基体とし5 X l 0−5Tor
rのAr雰囲気中で純Ruから成るターゲットを用い基
体−ににRu層を厚さ約O11amまで成長させた。つ
いでこの基体を真空中にて1.750°O−5時間の熱
処理をほどこした。熱処理後、研磨により表面層を約0
.03+noけずりおとし、最終仕上げとして5j02
を含む液中ポリラシャで仕上げ、相さrmslOn++
+以下の鏡面とした。表面層の組成は、X線分析によれ
ば、Ru30〜55重量%、残部Moであった。このよ
うにして得られた反射鏡について実施例3と同様にして
反射率の測定および耐食性試験を実施した。結果を表に
示す。
支電1」 アーク溶解、鍛造によって製造された厚さ10m m 
c7) M o合金板(組成Ti+0.45重量%、Z
r:0.09重量%、C:450重量ppm、0:5重
量ppm、残部M o )を基体とし実施例5と同様に
してこれにRuをスバ・ンターでつけ熱処理を行ない、
表面を研磨して、相さrms l 0nrrr以下の鏡
面とした。表面層の!llI&はX線分析によれば、R
u28〜54重量%、TIo、4〜0.55重量%、Z
rO,1〜0.12重量%、残部Moであった。このよ
うにして得られた反射鏡について実施例3と同様にして
反射率の測定および耐食性試験を実施した。結果を表に
示す。
実)d殊l 実施例3と同様にしてRu層8.7重量%、残部MOか
ら成る焼結体を製造し、この焼結体を消耗電極として水
冷銅るつぼ中にて真空アーク溶解を行ってアーク溶解イ
ンゴットを得た。得られたインゴットを実施例3と同様
にして鍛造及び圧延加工を行ない、厚さ1mmの板材を
得た。板材の化学組成はRu37.5重量%残部MOで
あった。このM o −Ru合金板材と9mm厚の純M
O板材を重ね合せ、実施例3と同様にして接合熱処理を
行ない接合板を得た。次いで実施例3と同様としてM 
o −Ru合金表面層の研磨を行ない、表面粗さrms
lOnm以下の鏡面を得た。
得られた反射鏡について実施例3と同様にして反射率の
測定および耐食性試験を行った。結果を表に示す。
ル較1」 粉末焼結、鍛造によって製造された厚さ10.5mmの
純W板(C:6重量ppm、0:20重量ppmを含有
)から直径30mmの円盤を切り出し、その表面をアル
ミナ砥石およびボラゾン砥石にて研削加工を行った後、
什−1−研磨をSiO2を用いた液中ポリラシャ−にて
行ない平面反射鏡を得た。得られた反射鏡の厚さは10
mmであり反射鏡の表面粗さはrmslonm以下であ
った。この反射鏡について実施例1と同様の試験を行な
った。それらの試験結果を表に示す。
ル較涜l 粉末焼結、鍛造によって製造された厚さ11+u+の純
Mo板(C:5重量ppm、O:65重量ppm含有)
から直径30m腸の円盤を切り出し、その表面を切削に
より鏡面とした後、什」−研磨を5i02を用いた液中
ポリラシャ−にて行ない平面反射鏡を得た。得られた反
射鏡の厚さは10mmであり、反射鏡の表面粗さはrm
slOnm以下であった。この反射鏡について実施例3
と同様の試験を行った。それらの試験結果を表に示す。
ル較1J アーク溶解、鍛造によって製造された厚さ10mmの純
Mo板(C+250ppm’、O:5ppmを含有)の
表面を切削および研磨により加][−シ、最終仕1−げ
として5j02を用いた液中ポリシェングを行ない表面
相さrmslonm以Fの鏡面を得た。この反射鏡につ
いて実施例3と同様にして反射率測定および耐食性試験
を実施した。結果を表に示す。
[発明の効果] 以にに詳述した通り、本発明の反射鏡は耐食性が良好で
、かつ軽量で機械的強度が高いとともに、高い反射特性
を有するものであるため、その工業的価値は極めて大で
ある。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)モリブデンまたはモリブデン基合金の基体と、前
    記基体の表面に接合され、タングステン、タングステン
    基合金またはルテニウムを5〜75重量%含むモリブデ
    ン基合金の表面反射層とで構成されていることを特徴と
    する反射鏡。
  2. (2)前記タングステン基合金が、ルテニウムを5〜4
    5重量%含むタングステン基合金である特許請求の範囲
    第1項記載の反射鏡。
  3. (3)前記表面反射層が、溶融法により製造されたもの
    である特許請求の範囲第1〜第3項のいずれか1項に記
    載の反射鏡。
  4. (4)前記表面反射層が、真空蒸着、化学蒸着またはス
    パッター法により基体上に成長せしめられたものである
    特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の
    反射鏡。
  5. (5)モリブデン基合金の表面反射層が、溶解法により
    製造されたものである特許請求の範囲第1項記載の反射
    鏡。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011136282A1 (ja) * 2010-04-27 2011-11-03 株式会社東芝 マグネトロン用エンドハットおよびその製造方法並びにマグネトロン
JP2013180479A (ja) * 2012-03-01 2013-09-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 積層体、ヒートシンクおよび積層体の製造方法

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