[發(fā)明專利]一種泡沫硅反射鏡及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310412181.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN103728682B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳照峰;聶麗麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太倉派歐技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司
• 主分類號(hào): G02B5/08
• 分類號(hào): G02B5/08;G02B1/10
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反射鏡及其制備方法，特別是涉及一種泡沫硅反射鏡及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著空間領(lǐng)域競爭的加劇，世界各強(qiáng)國都投入大量人力、物力來發(fā)展相關(guān)技術(shù)。空間飛行器的主要作用之一是收集信息，因此對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)的性能展開研究具有重要意義。空間望遠(yuǎn)鏡通常是采用反射式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中主反射鏡是整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的核心部件。空間望遠(yuǎn)鏡主反射鏡設(shè)計(jì)的趨勢是大面積、低比重，同時(shí)要求反射鏡材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能和熱物理性能。

公開號(hào)為1576902的中國發(fā)明專利了提供了一種高反射鏡。該高反射鏡在可見光區(qū)域具有高反射率，耐濕性和耐鹽水性等的耐久性優(yōu)異，并且入射角依存性小(光的入射角很難引起反射率的變動(dòng))。它是在基板上，以銀膜、低折射率膜、高折射率膜的順序進(jìn)行層壓而成的高反射鏡，其特征在于，在銀膜的基板相反的一側(cè)形成粘附改善膜，低折射率和高折射率膜的消光系數(shù)均小于或等于0.01，粘附改善膜為氧化物膜且消光系數(shù)小于或等于0.1。

公開號(hào)為102119304A的中國發(fā)明專利公開了一種反射鏡。該反射鏡組件包括反射鏡和面對(duì)面板，在反射鏡和面對(duì)面板之間具有密封氣體空間。反射鏡可以是：包括玻璃基片、銀涂層、及至少一個(gè)涂料層的反射鏡；或者包括粘結(jié)到基片上的有機(jī)反射鏡膜的反射鏡。在玻璃反射鏡的情況下，至少一個(gè)涂料層面對(duì)密封氣體空間，而在包括有機(jī)反射鏡膜的反射鏡的情況下，反射鏡膜面對(duì)密封氣體空間。

雖然可供制造光學(xué)反射鏡的候選材料很多，但是考慮到太空環(huán)境的嚴(yán)酷性，實(shí)際應(yīng)用比較多的是金屬鋁、金屬鈹、金屬鎳、光學(xué)玻璃、硅和碳化硅等材料。為滿足應(yīng)用需求，空間反射鏡向著大口徑、長焦距、高光學(xué)性能的趨勢發(fā)展，Si和SiC材料憑借其在物理特性、機(jī)械性能、熱性能等方面的綜合優(yōu)勢，已經(jīng)替代玻璃和金屬成為第三代空間反射鏡坯體材料的主要代表。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)，提供一種泡沫硅反射鏡及其制備方法。Si的密度為2.33，熱導(dǎo)率為130，彈性模量達(dá)到155GPa，室溫至1000℃的熱膨脹系數(shù)僅為3.1，而且比SiC更易加工，是一種適合于制作反射鏡的優(yōu)異材料。

一種泡沫硅反射鏡，其特征在于包括泡沫硅胚體和附著在胚體表面的致密Si涂層。所述的泡沫硅胚體是一種以碳泡沫為基底，表面附著有Si薄膜的開孔泡沫，其中，Si薄膜的厚度為50nm～2μm。泡沫內(nèi)部呈現(xiàn)出三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由大小不一的不規(guī)則孔洞交錯(cuò)連接而成，具有大的比表面積，可填充固、液、氣態(tài)的多種物質(zhì)。在胚體表面附著有致密的Si涂層，涂層厚度為0.5～3mm。

上述反射鏡的鏡面可以是平面的，也可以是曲面的。

一種泡沫硅反射鏡的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟：

(1)將聚氨酯泡沫熱解，制作碳泡沫；

(2)將制得的碳泡沫加工一面或多面成需要的鏡面結(jié)構(gòu)；

(3)制備Si薄膜：將加工過的碳泡沫放入CVI爐中，通入SiCl₄和H₂，控制溫度和時(shí)間，在開孔泡沫內(nèi)壁附著一定厚度的Si薄膜，最終得到泡沫硅；

(4)表面Si涂層的制備：從CVI爐中取出泡沫硅，放入硅化爐中，通入H₂和SiCl₄，SiCl₄在1100～1300℃下高溫分解出Si，分解出的Si晶粒沉積在泡沫硅表面，沉積時(shí)間為4～20小時(shí)，最終在泡沫硅表面附著一層致密的Si涂層；

(5)將表面附著有致密涂層的泡沫硅從硅化爐中取出，用金剛石精加工成所需要的鏡面，最終得到一種泡沫硅發(fā)射鏡。

根據(jù)上述的制備方法，碳泡沫是通過聚氨酯泡沫加熱碳化得到，具體的工藝過程分兩步進(jìn)行：先在空氣中、200～255℃下將聚氨酯泡沫加熱；接著在惰性氣氛中、700～900℃下碳化。

本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是：①泡沫硅結(jié)構(gòu)提供高的比強(qiáng)度、熱導(dǎo)率和很輕的質(zhì)量，在維持一個(gè)相當(dāng)?shù)兔婷芏鹊耐瑫r(shí)，能夠使反射鏡的光學(xué)性能超過當(dāng)前的玻璃、陶瓷和金屬的發(fā)射鏡；②表面Si涂層完全致密，各向同性，容易精密加工成光滑的鏡面，提供高的反射率；③該反射鏡結(jié)構(gòu)簡單，制備方便，不需要復(fù)雜的定位系統(tǒng)，降低了成本費(fèi)用；④多孔的泡沫結(jié)構(gòu)能夠吸收能量、緩沖變形，使得該反射鏡具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和最小的變形失真。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。

實(shí)施例1