SU1753439A1 - Оптическое металлическое зеркало и способ его изготовлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптике, а именно к технологии изготовлени  оптических металлических Зеркал, и может быть использовано при создании отражающих элементов различных оптических приборов. Зеркало содержит подложку на основе алюмини , на поверхность которой нанесено многослойное покрытие с образова- нием чередующейс  структуры Cr-CrTsli-Ni, причем толщина переходного сло  CrNi составл ет 0,1-2 мкм, Способ изготовлени  зеркала включает нанес ение покрыти  в высоком вакууме на подложку, нагретую до температуры 150-300°С, методом электронно-лучевого испарени , кото- pde производитс  из графитового тигл  с предварительно переплавленным никелем и помещенным на его поверхности хромом. Механическа  обработка может производитьс  после формировани  каждой группы слоев Cr-CrNi-Ni. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ј

Description

Изобретение относитс  к оптике, а именно к технологии изготовлени  оптических металлических зеркал, и может быть использовано при создании отражающих элементов различных оптических приборов .

Известно оптическое металлическое зеркало, изготовл емое из алюминиевого сплава, при этом рабоча  поверхность зеркала полируетс  свободным абразивом.

Недостатком такого зеркала  вл етс  его низкое качество, что св зано с малой поверхностной твердостью подложки, не позвол ющей при используемом способе изготовлени  получать точные, с малым светорассе нием оптические поверхности.

Известны различные конструкции зеркал , позвол ющие повысить поверхностную твердость алюминиевой рсновы.

Известны конструкции и способ изготовлени  стеклометаллического зеркалал рабочей поверхностью которого  вл етс  тонкий слой стекла, нанесенный методом спекани .

Недостатком такой конструкции и способа изготовлени   вл етс  недостаточное качество оптической поверхности из-за наличи  больших напр жений в системе металл-стекло , св занного с различием коэффициентов линейного термического расширени  материалов.

Наиболее близким к предложенному по своей технической сущности  вл етс  опти х|

с 

Сл Сд) О

ческое металлическое зеркало, содержащее подложку из алюминиевого сплава, на рабочую поверхность которой нанесен слой металла , поддающийс  полировке свободным абразивом. Таким достаточно легко обраба- тываемым слоем  вл етс  химически нанесенное никелевое или хромовое покрытие толщиной до 100 мкм.

Недостатками такой конструкции зеркала и, соответственно, способа получени  обрабатываемого слб   вл ютс  значи- тё ь нбе Светорассе ние поверхности из-за пс рис тостиТюкрыти  и недостаточно высока  механическа  прочность покрыти , св занна  с недостаточной адгезией сло  к подложке и наличи м значительных напр жений, привод ща  к тому, что при обработке покрытие имеет тенденцию к отслаиванию от подложки и к растрескиванию при больших толщинах. При этом способ формировани  покрыти  не позвол ет одновременно вести формообразование оптической поверхности с целью изготовлени  асферических отражателей.

Цель изобретени  - повышение меха- нической прочности, уменьшение светорас- се ни  поверхности отражател  и обеспечение возможности изготовлени  зеркал с большой асферичностью.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что конструктивно покрытие на основе никел  выполнено многослойным, в него введены слои хрома с образованием чередующейс  структуры Cr-CrNi-Ni, причем к подложке прилегает слой хрома, а толщина переход- ного сло  CrNI составл ет 0,1-2 мкм.

При этом при способе изготовлени  оптического металлического зеркала, заключающемс  в нанесении на предварительно обработанную поверхность подложки на ос- нове алюмини  металлического покрыти  и последующей его механической обработке свободным абразивом, покрытие нанос т в высоком вакууме на подложку, нагретую до 150-300°С, в виде слоев Cr-CrNI-Ni, кото- рые формируютс  электронно-лучевым испарением пленкообразующих веществ из графитового тигл  с предварительно переплавленным никелем и помещенным на его поверхности хромом с последующей их конденсацией на подложке. При этом система слоев Cr-CrNi-Ni с измен ющимс  по толщине составом изготовл етс  последовательно , хром возгон етс  из твердой фазы с поверхности расплава никел , затем, при дальнейшем нагреве, хром и никель испар ютс  совместно с образованием переходного, демпфирующего внутренние напр жени , сло  CrNi переменного состава толщиной 0,1-2 мкм, в дальнейшем

ведетс  испарение чистого никел , слой которого при необходимости полируетс , причем общее количество слоев Cr-CrNi-NI зависит от требуемой толщины покрыти .

Сущность изобретени  по сн етс  следующим .

Известно, что подслой хрома используетс  дл  повышени  адгезии металлических слоев с низкой химической активностью к стекл нным подложкам. При этом слои хрома на стекле имеют мелкокристаллическую структуру, что положительно сказываетс  на структуре последующих слоев, а значит, и на светорассе нии покрыти . Пленки хрома на подложках алюмини  или его сплавов при определенных услови х конденсации  вл ютс  также мелкокристаллическими и обладают высокой адгезией к подложке за счет образовани  химических св зей через кислородные мостики поверхностной пленки оксида алюмини  .

Дл  демпфировани  внутренних напр жений в сло х и обеспечени  высокой адгезии никел  к хрому предлагаетс  использовать в конструкции переходный слой CrNI толщиной 0,1-2 мкм с переменным по толщине составом, причем установлено, что оптимальное распределение хрома и никел  по толщине при существенной простоте процесса обеспечиваетс  предлагаемым способом формировани  покрыти . При толщине переходного сло  CrNi менее 0,1 мкм напр жени  сконцентрированы в этом слое, что ведет к снижению механической прочности покрыти  и самопроизвольному отделению покрыти  от подложки. Формирование покрыти  с толщиной переходного сло  более 2 мкм ведет к непроизводительному расходованию хрома, а также требует изготавливать покрытие с большей общей толщиной.

Слой никел  позвол ет при необходимости уменьшени  светорассе ни  проводить качественную полировку рабочей поверхности. Применение в качестве материала тигл  графита приводит к легированию углеродом сло  никел  и его аморфизации. Количество углерода в никеле не превышает нескольких процентов.

Температура подложки при конденсации покрыти  должна быть не менее 150°С, так как более низка  температура подложки приводит к значительному росту кристаллитов в слое, и покрытие получаетс  пористым, рыхлым, не выдерживает механическую обработку. При температурах более 300°С наблюдаетс  эффект изменени  начальной структуры подложки и увеличение светорассе ни , поэтому при выборе режимов изготовлени  слоев рекомендуетс  не использовать температуру конденсации свыше 300°С.

Дл  уменьшени  величины светорассе ни  примен етс  механическа  обработка покрыти . Многослойное формирование по- крыти  Cr-CrNi-Ni (обработка) + Cr-CrNI- N1 (обработка) + ... позвол ет получать требуемые оптические характеристики отражающей поверхности при стабильной форме поверхности. Учитыва , что, чем меньше у покрыти  начальна  шероховатость перед обработкой, тем меньшую толщину сло  необходимо сн ть при обработке, с точки зрени  сохранени  формы оптической поверхности лучшим выхо: дом  вл етс  проведение обработки при небольшой толщине Cr-CrNI-Ni. Поэтому предлагаетс  проводить механическую обработку после формировани  каждой группы слоев Cr-CrNi-NI. Особенно это важно дл  обеспечени  возможности изготовлени  зеркал с большой асферичностью.

На чертеже представлена конструктивна  схема предлагаемого зеркала.

Оптическое металлическое зеркало со- стоит из подложки 1, выполненной из алюмини  или его сплава с нанесенными на нее в высоком вакууме сло ми металлов: слой 2 хрома, слой 3 с переменным составом CrNI и слой 4 никел .

Способ изготовлени  оптического металлического зеркала осуществл етс  Следующим образом.

В вакуумную камеру помещаетс  тигель из графита, в котором производитс  пред- варительна  переплавка и обезгаживание расплава никел  при использовании электронно-лучевого нагрева. Затем тигель охлаждаетс  до комнатной температуры, а на поверхность расплава помещаетс  необхо- димое дл  формировани  адгезионного и переходного слоев количество хрома.

Полированную или обработанную алмазным резцом подложку очищают в тлеющем разр де и нагревают до температуры конденсации покрыти  в 150-300°С. Хром напыл ют на рабочую поверхность подложки со скоростью 0,1-1 мкм/мин с использованием разогрева электронным лучом. Оптимальна  толщина адгезионного сло  0,1-0,5 мкм. Разогрев предварительно переплавленного никел  ведетс  таким образом , чтобы обеспечить образование локальной зоны расплава. Этим достигаетс  одновременное напыление хрома и нике- л  на подложку, причем хром возгон етс  из твердой фазы, а никель испар етс  из расплава . Состав покрыти  мен етс  по толщине в зависимости от скорости испарени  компонентов и от их количества Толщина

переходного сло  CrNI, в котором происходит компенсаци  внутренних напр жений, составл ет 0,1-2 мкм. Постепенно количество хрома в покрытии уменьшаетс , дальше ведетс  напыление никел  со скоростью 0,1-1 мкм/мин до требуемой толщины покрыти .

При необходимости уменьшени  поверхностного светорассе ни  используетс  механическа  полировка сло  никел  алмазными микро- и субмикропорошками.

Эксплуатационные характеристики испытанных покрытий следующие (без нанесени  высокоотражающего сло ): Отражение на

А 0,55 мкм, %67

Рассе ние на приборе ЮС-36, %0,05-0,2 Адгези  на отрыв,

ГПа0,05

Механическа  прочность0 группа Чистота поверхностиV класс Толщина покрыти , мкм15-150 Микротвердость подложки , ГПа0,30 Микротвердость покрыти , ГПа1,60 (отсутствует шаржирование )

Таким образом, предлагаема  конструкци  оптического металлического зеркала и совокупность операций по способу его изготовлени  позвол ют получать оптическое зеркало С твердым, хорошо полируемым покрытием, беспористым и малорассеивающим , с высокой механической прочностью. Светорассе ние зеркал с таким покрытием значительно ниже, чем у образцов из алюминиевых сплавов, что позвол ет создавать объективы и другие оптические конструкции с облегченными высокопрочными зеркалами с малым светорассе нием. При этом данное покрытие можно использовать дл  асферизации зеркал нанесением дополнительных слоев в вакууме, при этом оно обеспечивает изготовление отражателей с большой асферичностью .

Себестоимость полученных зеркал невысока , технологи  изготовлени  проста и нетрудоемка.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Оптическое металлическое зеркало, содержащее подложку на осно&е алюмини , на поверхность которой нанесено покрытие из никел , отличающеес  тем, что, с целью повышени  механической прочности , уменьшени  светорассе ни  и обеспечени  возможности изготовлени  зеркал с большой асферичностью, покрытие из никел  выполнено многослойным, в него дополнительно введены слои хрома с образованием чередующейс  структуры Cr-CrNI-NI, причем к подложке прилегает слой хрома, а толщина переходного сло  CrNI составл ет 0,1-2 мкм.
2. 2. Способ изготовлени  оптического металлического зеркала, заключающийс  в нанесении на предварительно обработанную поверхность подложки на основе алюмини  металлического покрыти  и последующей его механической обработке, отличающийс  тем, что, с целью повышени  механической прочности, уменьшени  светорассе ни  и обеспечени  возможности

   0

   5

   изготовлени  зеркал с большой асферичностью , покрытие нанос т в высоком вакууме на подложку, на гретую до температуры 150- 300°С, в виде слоев Cr-CrNI-Ni, формируемых электронно-лучевым испарением из графитового тигл  с предварительно переплавленным никелем и помещенным на его поверхности хромом, причем при испарении последовательно производитс  возгонка хрома, совместное испарение хрома и никел  до образовани  переходного сло  CrNI толщиной 0,1-2 мкм и испарение никел .

   .
3. 3. Способ по п. 2, отличающийс  тем, что механическа  обработка производитс  после формировани  каждой группы слоев Cr-CrNI-Ni.

   W////////////////,