專利名稱：一種輕質(zhì)反射鏡鏡坯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)器件的鏡坯，以及制備方法。
背景技術(shù)：
目前大面積反射鏡主要有1.鈦反射鏡，其制造工藝是利用某些光學(xué)玻璃與鈦合金膨脹系數(shù)接近的特性，將鈦合金鏡座和玻璃通過高溫熔封在一起，然后經(jīng)過機械、熱處理、光學(xué)等加工制成大面積輕質(zhì)反射鏡。其熔封工藝的關(guān)鍵問題是要控制好熔封溫度以及材料的熱穩(wěn)定處理。中國建筑材料科學(xué)研究總院制備了特種玻璃，以實現(xiàn)與鈦金屬基體的熱膨脹系數(shù)等性能的匹配，并在2006年申請了發(fā)明專利(專利申請?zhí)?00610114376. 0)。 2.碳化硅反射鏡，其制備通常采用反應(yīng)燒結(jié)法，化學(xué)氣相沉積法，熱壓法等得到反射鏡鏡坯，但是其制造工藝復(fù)雜，難以滿足大面積反射鏡的制備要求。3.鋁合金輕質(zhì)反射鏡，鋁合金材質(zhì)軟，線膨脹系數(shù)比較大，零件隨溫度的變化變形量較大，使光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性差。鈦合金作為一種新型輕質(zhì)反射鏡基體材料，目前得到廣泛應(yīng)用，但是鈦合金密度較大，總體重量下降空間小，而且鈦合金的剛度和強度相對較小，從而受力變形使得反射鏡的穩(wěn)定性降低，用鈦合金做反射鏡的基體難以滿足大口徑反射鏡的減重和穩(wěn)定性要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種輕質(zhì)反射鏡鏡坯，重量輕，強度大，具有良好的抗熱震性能，能滿足實際應(yīng)用的要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種輕質(zhì)反射鏡鏡坯，包括基底、鈦合金過渡層和光學(xué)玻璃，基底材料為Y-TiAl金屬間化合物，鈦合金過渡層與基底緊密結(jié)合，鈦合金過渡層上封接光學(xué)玻璃。所述的基底為平板或具有輕量化設(shè)計的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)反射鏡的鏡框，為玻璃提供支撐功能。所述的光學(xué)玻璃為光學(xué)性能較好的K9玻璃，其熱膨脹系數(shù)為7X Κ^ΚΛ所述的鈦合金過渡層為與光學(xué)玻璃熱膨脹系數(shù)相匹配的Ti-6A1_4V合金(即 TC4)。所述的鈦合金過渡層的厚度為300 μ m。本發(fā)明還提供一種所述輕質(zhì)反射鏡鏡坯的制備方法，包括以下步驟(1)用砂紙對γ -TiAl合金基底表面進行打磨，選擇厚度為300 μ m的TC4箔材作為中間過渡層。將TC4箔材置于Y-TiAl合金基底上，整體置入真空熱壓燒結(jié)爐中，進行擴散連接，熱壓工藝參數(shù)為溫度900°C，施加恒定壓力20MPa，保溫1. 5h，然后隨爐冷卻至室溫，得到TiAl/TC4連接件。(2)將制備好的TiAl/TC4連接件放入箱式電阻爐中，加熱到550°C，保溫lh，得到均勻的TC4表面氧化層。(3)將K9玻璃放在氧化后的TiAl/TC4連接件上，置于TC4表面氧化層一面，整體置入箱式電阻爐中加熱，并施加恒定壓力0. 15MPa，熱壓工藝參數(shù)為溫度680°C，保溫1. 5h， 然后隨爐冷卻到室溫，最終得到鏡坯。本發(fā)明的有益效果是由于采用適當(dāng)?shù)倪B接工藝，實現(xiàn)了將基底、鈦合金過渡層及光學(xué)玻璃三者之間的優(yōu)良結(jié)合，玻璃內(nèi)無裂縫和氣孔存在。將所制備的鏡坯從室溫快速加熱到400度并保溫30min，然后取出在室溫下空冷至室溫，如此反復(fù)，結(jié)果表明，經(jīng)過20次熱震實驗后，玻璃表面一直沒有裂紋產(chǎn)生，表明該鏡坯具有良好的抗熱震性能，能滿足實際應(yīng)用的要求。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


圖1是本發(fā)明鏡坯結(jié)構(gòu)的示意圖；圖中，1-基底，2-鈦合金過渡層，3-光學(xué)玻璃。
具體實施例方式裝置實施例本發(fā)明采用的基體材料為Y-TiAl金屬間化合物，該材料相對于鈦合金具有更高的模量和更低的密度，能夠滿足大口徑反射鏡的減重要求以及相應(yīng)的尺寸穩(wěn)定性(Y -TiAl 基高溫結(jié)構(gòu)材料研究評述，章德銘等，中國稀土學(xué)報[J]，2005年，23 (16 )。表1所示為 TiAl與TC4合金的物理性能對照表。表1 TiAl與TC4合金的物理性能對照表
物理性能線膨脹系數(shù)/IO4K:1 密度/&cm·3彈性模量/GPa -
TiAl13.43.7-3.9160-180
TC49.14.44109 -采用名義成分為Ti-43Al_9V(at. % )的γ-TiAl合金；光學(xué)玻璃為Κ9玻璃，其厚度為1mm，屬于硼硅酸鹽玻璃；所用的過渡層材料為Ti-6A1-4V合金，即TC4。方法實施例第一步是TiAl和TC4的擴散連接。所用的TiAl基合金尺寸為長51mm、寬37mm、 厚度5mm，所用TC4為厚度約為300 μ m的箔材，將兩者的表面經(jīng)打磨清洗和烘干后疊放在一起，在真空熱壓燒結(jié)爐中進行擴散連接，熱壓工藝為900°C XUhX20MPa，然后隨爐冷卻到室溫，得到TiAl/TC4連接件。之后，進入制備鏡坯的第二步。將TC4表面進行打磨拋光后，放入箱式電阻爐加熱到550°C，進行Ih的恒溫氧化處理后隨爐冷卻，使連接件表面得到淺藍(lán)色TC4的均勻氧化層。TC4表面氧化好后，進入制備鏡坯的關(guān)鍵一步，即TiAl/TC4連接件和K9玻璃之間的連接。將玻璃與TC4表面相接觸后放入到箱式電阻爐中，并施加恒定壓力0. 15MPa，熱壓工藝參數(shù)為溫度680°C保溫1.證，然后隨爐冷卻到室溫。最終完成鏡坯的制備。所制備的鏡坯，玻璃內(nèi)無裂紋或氣泡存在，玻璃與TC4之間以及TC4與TiAl之間的界面結(jié)合良好。該鏡坯在30-400°C之間的20次熱震實驗表明，玻璃沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)反射鏡鏡坯，包括基底、鈦合金過渡層和光學(xué)玻璃，其特征在于基底材料為Y-TiAl金屬間化合物，鈦合金過渡層與基底緊密結(jié)合，鈦合金過渡層上封接光學(xué)玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)反射鏡鏡坯，其特征在于所述的基底為平板或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)反射鏡鏡坯，其特征在于光學(xué)玻璃為K9玻璃，其熱膨脹系數(shù)為7ΧΙΟ—Γ1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)反射鏡鏡坯，其特征在于所述的鈦合金過渡層為與光學(xué)玻璃熱膨脹系數(shù)相匹配的Ti-6A1-4V合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)反射鏡鏡坯，其特征在于所述的鈦合金過渡層的厚度為 300 μ m。
6.一種權(quán)利要求1所述輕質(zhì)反射鏡鏡坯的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)用砂紙對Y-TiAl合金基底表面進行打磨，選擇厚度為300μπι的TC4箔材作為中間過渡層；將TC4箔材置于Y-TiAl合金基底上，整體置入真空熱壓燒結(jié)爐中，進行擴散連接，熱壓工藝參數(shù)為溫度900°C，施加恒定壓力20MPa，保溫1. 5h,然后隨爐冷卻至室溫，得到TiAl/TC4連接件；(2)將制備好的TiAl/TC4連接件放入箱式電阻爐中，加熱到550°C，保溫lh，得到均勻的TC4表面氧化層；(3)將K9玻璃放在氧化后的TiAl/TC4連接件上，置于TC4表面氧化層一面，整體置入箱式電阻爐中加熱，并施加恒定壓力0. 15MPa，熱壓工藝參數(shù)為溫度680°C，保溫1.證，然后隨爐冷卻到室溫，最終得到鏡坯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輕質(zhì)反射鏡鏡坯及其制備方法，對γ-TiAl合金基底表面進行打磨，將厚度為300μm的TC4箔材置于γ-TiAl合金基底上，置入真空熱壓燒結(jié)爐中進行擴散連接后隨爐冷卻至室溫，將制備好的TiAl/TC4連接件放入箱式電阻爐中，加熱并保溫，得到均勻的TC4表面氧化層；將K9玻璃放在氧化后的TiAl/TC4連接件上，置于TC4表面氧化層一面，整體置入箱式電阻爐中施加壓力并加熱后隨爐冷卻到室溫，最終得到鏡坯。本發(fā)明重量輕，強度大，具有良好的抗熱震性能，能滿足實際應(yīng)用的要求。
文檔編號B32B17/06GK102495438SQ20111033258
公開日2012年6月13日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者李嘉偉, 楊延清, 王悅存, 羅賢, 霍欣凱 申請人:西北工業(yè)大學(xué)