CN101021580A - 一种轻质表面玻璃化钛金属平面反射镜及一种特种玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质表面玻璃化钛金属平面反射镜,该反射镜由钛金属基底、特种玻璃层和反射膜层构成。所述钛金属基底为纯钛(TA1,TA2,TA3)或钛合金(TC1、TC2、TC3、TC4、TC6),钛基底为平板或为具有轻量化设计的蜂窝状结构,采用机械或激光方法对钛金属基底表面进行加工处理,表面粗糙度0.8-15μm。所述特种玻璃层是厚度为0.2-2.5mm的特种玻璃,其成分为SiO2 25-40wt%,PbO 50-70wt%,R2O 1-5wt%,RO 0-2wt%,As2O3 0.2-0.5wt%,膨胀系数为80-90×10-7/℃。所述反射膜层为在特种玻璃层上真空镀高反射比的金属反射膜。本发明的优点在于特种玻璃与钛金属性能匹配、反射镜面形质量稳定、结构简单、便于装调,应用于航天、航空、兵器等多种领域的光学***中。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件,具体涉及一种军用光学***的轻质表面玻璃化钛金属平面反射镜,本发明还涉及该反射镜中使用的特种玻璃配方。
背景技术
随着精密制导、火控、雷达、航天遥感等技术的不断发展,对军用光学***提出了更高要求,要求反射镜在较宽的电磁波段范围内有很好的成像质量,除了满足光学要求外,还要求增大口径,同时减轻反射镜质量并提高成像稳定性。
目前反射镜主要有:1.玻璃反射镜。这种方案采用玻璃作为反射镜,用环氧树脂较粘接到金属基底上。玻璃是传统的光学材料,具有良好的光学性能以及光学可加工性能,制成的反射镜面形质量可以满足要求。但由于玻璃材料强度和刚性低,所以必须增加厚度以保证材料不变形,因此导致器件体积重量和惯量均较大,装调困难,不适合轻质反射镜。2.铝合金轻质反射镜。由于铝合金的膨胀系数大,易变形,使得光学***的稳定性差。3.钛合金反射镜。该反射镜在钛金属底座上设置一玻璃层,玻璃为K9玻璃。钛合金密度小、刚性高、并具有良好的热稳定性,是轻质反射镜的理想材料,但由于K9玻璃与钛金属的膨胀系数存在一定差异,使得玻璃产生变形,影响了光学***稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的以上问题,提供了一种轻质表面玻璃化钛反射镜。
本发明的轻质表面玻璃化钛反射镜,由钛金属基底、特种玻璃层和反射膜层构成,其中所述特种玻璃膨胀系数为80-90×10-7/℃,软化点为450-650℃。
所述钛金属基底为纯钛TA1、TA2、或TA3,或钛合金TC1、TC2、TC3、TC4、或TC6。钛基底为平板或为具有轻量化设计的蜂窝状结构。
所述特种玻璃层厚度为0.2-2.5mm。钛金属基底表面在加工处理后表面粗糙度0.8-15μm。
本发明另一目的,是提供一种可用于上述反射镜中的特种玻璃。
本发明的特种玻璃,其膨胀系数为80-90×10-7/℃,软化点为450-650℃。组成为:SiO2 25-40wt%,PbO 52.5-70wt%,R2O 1-5wt%,RO 0-2wt%,As2O3 0.2-0.5wt%,其中R为K、Na Mg、或Ca。
本发明的优点在于特种玻璃与钛金属性能匹配、反射镜面形质量稳定、结构简单、安装方便(可直接与螺钉连接)、装调可靠性高。
附图说明
图1为轻质表面玻璃化钛反射镜的结构示意图。
具体实施方式:
本发明提供了一种轻质表面玻璃化钛反射镜,参见图1所示,该反射镜由钛金属基底1、特种玻璃层2和反射膜层3构成。所述钛金属基底1由纯钛(TA1,TA2,TA3)或钛合金(TC1、TC2、TC3、TC4、TC6)为材料,钛金属基底1为平板或为具有轻量化设计的蜂窝状结构,这种结构使反射镜具有足够的强度,同时减轻了重量;所述特种玻璃层2是厚度为0.2-2.5mm的特种玻璃,膨胀系数与钛金属基底1高度匹配。所述反射膜层3为在特种玻璃层2上真空镀高反射比的金属反射膜。
本发明轻质表面玻璃化钛反射镜加工过程中,采用机械或激光方法对钛金属基底1表面进行加工处理,表面粗糙度0.8-15μm。玻璃层2采用特种玻璃,优选玻璃成分为25-40wt%,PbO 52.5-70wt%,R2O 1-5wt%,RO 0-2wt%,As2O3 0.2-0.5wt%,R为K、Na Mg、或Ca,膨胀系数为80-90×10-7/℃,与钛金属膨胀系数高度匹配,软化点为450-650℃。
具体方法是:特种玻璃制备方法采用熔体冷却法,玻璃配合料引入物可为氧化物、碳酸盐或硝酸盐,配合料经充分搅拌,混合均匀,放入氧化铝坩埚或白金坩埚中,在1250-1450℃熔制8-10小时,并搅拌保证良好的均匀性,浇铸时熔体温度约为1000-1400℃。退火温度约为400-600℃。钛金属基底需要在表面进行加工处理,表面粗糙度0.8-15μm。将玻璃与金属基底进行表面处理并经特殊高温工艺熔合。烧结后玻璃与金属基底紧密连接成一体。再将玻璃层研磨至0.2-2.5mm并抛光,最后在真空镀膜机中镀高反射金属膜。
实例1:
特种玻璃成分为SiO2 25wt%,PbO70wt%,Na2O1.2wt%,K2O1wt%,MgO2.0wt%,As2O30.2wt%,其中,PbO用Pb3O4引入,Na2O用Na2CO3引入,K2O用K2CO3引入,MgO用碱式碳酸镁引入,其余成分用氧化物引入。引入物采用分析纯化学试剂。将原料充分混合均匀,加入至温度为1260℃的白金坩埚中,熔制时间为10小时,并搅拌保证良好的均匀性,浇铸时熔体温度约为1050℃,退火温度为420℃,即可得到玻璃毛坯,再经研磨、抛光制成2mm玻璃板。
采用行业标准测定,该玻璃的膨胀系数为89×10-7/℃,软化点为460℃。
钛金属基底选用TC4材料,先进行精密加工,表面粗糙度1.6μm。
将玻璃与钛金属基底用酒精和丙酮洗净,进行物理化学处理、表面活化处理:将钛合金基底和玻璃放入电炉中,以3℃/min的升温速度升至400℃,然后保温1小时,再以2℃/min的升温速度升至500℃,然后保温2.5小时,再以10℃/h的速度降温至420℃,保温4小时后再以10℃/h的速度降温至200℃,停炉降温,当温度降至室温时出炉,烧结后的反射镜玻璃层与钛合金连接紧密,界面无气泡,玻璃不炸裂。
将玻璃层磨至0.2mm并精密抛光,面形达到要求。最后在真空镀膜机中镀金属高反射膜,最终制成反射镜。该反射镜面形质量稳定,使用中光学***稳定性好,符合军用光学***要求。
实例2:
特种玻璃成分为SiO2 40wt%,PbO52.5wt%,Na2O2.5wt%,K2O2.5wt%,MgO2.0wt%,As2O30.5wt%,PbO用Pb3O4引入,Na2O用Na2CO3引入,K2O用K2CO3引入,MgO用碱式碳酸镁引入,其余成分均用氧化物引入。引入物采用分析纯化学试剂。将原料充分混合均匀,加入至温度为1450℃的白金坩埚中,熔制时间为8小时,并搅拌保证良好的均匀性,浇铸时熔体温度约为1350℃,退火温度为550℃,即可得到玻璃毛坯,再经研磨、抛光制成3mm玻璃板。采用行业标准测定,该玻璃的膨胀系数为80×10-7/℃,软化点为600℃。
钛金属基底选用TA2材料,先进行精密加工,表面粗糙度10μm。
将玻璃与钛金属基底用酒精和丙酮洗净,进行物理化学处理、表面活化处理:将钛合金基底和玻璃放入电炉中,以3℃/min的升温速度升至400℃,然后保温1小时,再以2℃/min的升温速度升至600℃,然后保温2.5小时,再以10℃/h的速度降温至520℃,保温4小时后再以10℃/h的速度降温至200℃,停炉降温,当温度降至室温时出炉,烧结后的反射镜玻璃层与钛合金连接紧密,界面无气泡,玻璃不炸裂。
将玻璃层磨至2.5mm并精密抛光,面形达到要求。最后在真空镀膜机中镀金属高反射膜,最终制成反射镜。该反射镜面形质量稳定,使用中光学***稳定性好,符合军用光学***要求。
实例3:
特种玻璃成分为SiO2 30wt%,PbO67.2wt%,Na2O1.5wt%,K2O0.5wt%,CaO0.5wt%,As2O30.3wt%,其中,PbO用Pb3O4引入,Na2O用Na2CO3引入,K2O用K2CO3引入,CaO用CaCO3引入,其余成分用氧化物引入。引入物采用分析纯化学试剂。将原料充分混合均匀,加入至温度为1350℃的白金坩埚中,熔制时间为10小时,并搅拌保证良好的均匀性,浇铸时熔体温度约为1200℃,退火温度为490℃,即可得到玻璃毛坯,再经研磨、抛光制成3mm玻璃板。采用行业标准测定,该玻璃的膨胀系数为84×10-7/℃,软化点为520℃。
钛金属基底选用TC4材料,先进行精密加工,表面粗糙度15μm。
将玻璃与金属用酒精和丙酮洗净,将钛合金基底进行物理化学处理、表面活化处理,将钛合金基底和玻璃放入电炉中,以3℃/min的升温速度升至400℃,然后保温1小时,再以2℃/min的升温速度升至540℃,然后保温3小时,再以10℃/h的速度降温至400℃,保温4小时后再以10℃/h的速度降温至200℃,停炉降温,当温度降至室温时出炉,烧结后的反射镜玻璃层与钛合金连接紧密,界面无气泡,玻璃不炸裂。
将玻璃层磨至1.2mm并精密抛光,面形达到要求。最后在真空镀膜机中镀金属高反射膜,最终制成反射镜。该反射镜面形质量稳定,使用中光学***稳定性好,符合军用光学***要求。
实例4:
特种玻璃成分为SiO2 35wt%,PbO63.5wt%,Na2O1wt%,As2O30.5wt%,其中,PbO用Pb3O4引入,Na2O用Na2CO3引入,其余成分用氧化物引入。引入物采用分析纯化学试剂。将原料充分混合均匀,加入至温度为1350℃的白金坩埚中,熔制时间为10小时,并搅拌保证良好的均匀性,浇铸时熔体温度约为1200℃,退火温度为490℃,即可得到玻璃毛坯,再经研磨、抛光制成3mm玻璃板。采用行业标准测定,该玻璃的膨胀系数为85×10-7/℃,软化点为650℃。
钛金属基底选用TC4材料,先进行精密加工,表面粗糙度14μm。
将玻璃与金属用酒精和丙酮洗净,将钛合金基底进行物理化学处理、表面活化处理,将钛合金基底和玻璃放入电炉中,以3℃/min的升温速度升至400℃,然后保温1小时,再以2℃/min的升温速度升至540℃,然后保温3小时,再以10℃/h的速度降温至400℃,保温4小时后再以10℃/h的速度降温至200℃,停炉降温,当温度降至室温时出炉,烧结后的反射镜玻璃层与钛合金连接紧密,界面无气泡,玻璃不炸裂。
将玻璃层磨至1.5mm并精密抛光,面形达到要求。最后在真空镀膜机中镀金属高反射膜,最终制成反射镜。该反射镜面形质量稳定,使用中光学***稳定性好,符合军用光学***要求。
以上实例中由于特种玻璃膨胀系数与钛金属基底高度匹配,因此玻璃层与钛合金在处理中可实现连接紧密,界面无气泡,玻璃不炸裂,为制备得到高品质反射镜提供了保证。
Claims (10)
1.一种轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,该反射镜由钛金属基底、特种玻璃层和反射膜层构成,其中所述特种玻璃膨胀系数为80-90×10-7/℃,软化点为450-650℃。
2.根据权利要求1所述的轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,所述钛金属基底为纯钛TA1、TA2、或TA3,或钛合金TC1、TC2、TC3、TC4、或TC6。
3.根据权利要求1所述的轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,所述特种玻璃成分为SiO2 25-40wt%,PbO 52.5-70wt%,R2O 1-5wt%,RO 0-2wt%,As2O3 0.2-0.5wt%,其中R为K、Na Mg、或Ca。
4.根据权利要求2所述的轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,所述特种玻璃组成为SiO2 25-40wt%,PbO 52.5-70wt%,R2O 1-5wt%,RO 0-2wt%,As2O3 0.2-0.5wt%,其中R为K、Na Mg、或Ca。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,钛基底为平板或为具有轻量化设计的蜂窝状结构。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,所述特种玻璃层厚度为0.2-2.5mm。
7.根据权利要求5所述的一种轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,所述特种玻璃层厚度为0.2-2.5mm。
8.根据权利要求1至7任一所述的轻质表面玻璃化钛反射镜,其特征在于,钛金属基底表面在加工处理后表面粗糙度0.8-15μm。
9.一种特种玻璃,其特征在于,其膨胀系数为80-90×10-7/℃,软化点为450-650℃。
10.根据权利要求9所述特种玻璃,其特征在于,成分为SiO2 25-40wt%,PbO 52.5-70wt%,R2O 1-5wt%,RO 0-2wt%,As2O3 0.2-0.5wt%,其中R为K、Na Mg、或Ca。
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