CN113943114B - 一种复合球面反射镜的烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学元件制造技术领域，具体涉及一种复合球面反射镜的烧结方法，包括加工复合球面反射镜的金属基底，使得金属基底的曲率半径与设计球面的曲率半径偏差在±0.01mm以内，且金属基底的表面粗糙度控制在Ra1.6μm以内；加工复合球面反射镜的光学玻璃，将光学玻璃加工成平板，其厚度控制在2mm±0.1mm以内，平面度≤0.02mm，表面粗糙度控制在Ra1.6μm以内；用熔封炉将金属基底与光学玻璃烧结。本发明通过优化烧结程序，直接应用平板光学玻璃进行烧结，依靠金属基底的精度，实现复合球面反射镜的烧结，降低了复合球面反射镜烧结前，对光学玻璃的加工难度，同时有利于提高复合球面反射镜的烧结成功率。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件制造技术领域，具体涉及一种复合球面反射镜的烧结方法。
背景技术
球面反射镜应用在航空、航天领域较多，其种类多见于金属球面反射镜、光学玻璃球面反射镜以及复合球面反射镜等。金属球面反射镜以Be反射镜为主，Be具有剧毒而且机械加工性能差，价格昂贵，成本较高；光学玻璃强度低，因而玻璃球面的直径和厚度必须满足一定的比值，通常高达6～8:1，导致玻璃反射镜比较重。因而，复合球面反射镜的应用较多，其由金属基底和光学玻璃组成。制备时需要对金属基底、光学玻璃进行加工，然后将二者进行烧结，再进行光学加工以满足应用需求。其烧结方法是，将金属基底和光学玻璃分别加工成所要求的球面，将二者放置在熔封炉内，用高温使得光学玻璃软化，使得金属基底和光学玻璃粘合在一起，实现二者的烧结。
现有的复合球面反射镜的烧结方法中，烧结前对光学玻璃的加工精度要求较高，工艺复杂，操作难度大，且烧结前金属基底与光学玻璃基本贴合，不利于气体排出，烧结后成功率较低。为此，亟需对复合球面反射镜的烧结方法加以改进。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述技术问题，提供一种复合球面反射镜的烧结方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种复合球面反射镜的烧结方法，包括以下步骤，
S1加工复合球面反射镜的金属基底，使得金属基底的曲率半径与设计球面的曲率半径偏差在±0.01mm以内，且金属基底的表面粗糙度控制在Ra1.6μm以内；
S2加工复合球面反射镜的光学玻璃，将光学玻璃加工成平板，可降低对待烧结光学玻璃的加工难度，光学玻璃的厚度控制在2mm±0.1mm以内，平面度≤0.02mm，表面粗糙度控制在Ra1.6μm以内，且光学玻璃的表面不应存在直径大于0.7mm的大砂眼和长度大于15mm，宽度大于0.07mm的大划痕，以保证金属基底与光学玻璃烧结成功率；
S3用熔封炉将金属基底与光学玻璃烧结，所述金属基底的烧结口径控制在50～200mm之间，且金属基底的曲率半径与金属基底的烧结口径之比≥3。
优选的，步骤S1中金属基底加工完后需要经退火处理，以减少内应力；金属基底的材料选用钛合金，钛合金的分子结构性质与玻璃的分子结构性质较接近，同时钛合金和光学玻璃二者的膨胀系数接近，便于二者的烧结，并且钛合金的密度为4.5g/mm3仅是钢的57.7％，能够使复合球面反射镜的重量可得到有效控制。
优选的，步骤S2中光学玻璃的外形尺寸小于步骤S1中金属基底的烧结口径，所述光学玻璃的外形尺寸与金属基底的烧结口径的差值为0.5mm±0.05mm，避免烧结时光学玻璃凸出金属基底引起光学玻璃的破裂。
优选的，步骤S3中用熔封炉将金属基底与光学玻璃烧结，包括如下步骤：
S31烧结前，打开熔封炉，将金属基底放入熔封炉内，将光学玻璃放置金属基底的待烧结表面上，关闭熔封炉；
S32将熔封炉内温度从室温升至500℃，控制时间10h；
S33控制熔封炉内温度在500℃恒温2h；
S34使熔封炉内温度继续升温至650℃，控制时间6h；
S35控制熔封炉内温度在650℃恒温3h；
S36使熔封炉内温度降温至300℃，控制时间5h；
S37控制熔封炉内温度在300℃恒温2h；
S38使熔封炉内温度降温至100℃，控制时间17h；
S39打开熔封炉，待镜体冷却至室温后取出，即可得到复合球面反射镜。
该方法制备的复合球面反射镜玻璃与金属之间无气泡，玻璃无裂纹，烧结层颜色均匀。
优选的，所述熔封炉中的温控精度为±10℃，方便控制，可降低操作难度。
本发明的工作原理是，烧结前，将光学玻璃直接悬放在金属基底的曲面上方，烧结中，光学玻璃由于受高温和自重影响，软化吸附于金属基底表面，在光学玻璃下沉时，金属基底与光学玻璃之间的气体可均匀从边缘溢出，烧结冷却后，实现光学玻璃与金属基底的复合。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过优化烧结程序，直接应用平板光学玻璃进行烧结，依靠金属基底的精度，实现复合球面反射镜的烧结，降低了复合球面反射镜烧结前，对光学玻璃的加工难度，同时有利于提高复合球面反射镜的烧结成功率。
附图说明
图1为本发明的实施例中的烧结温控曲线。
图2为本发明的实施例中金属基底与光学玻璃烧结前的摆放状态。
图3为本发明的实施例中金属基底与光学玻璃烧结后的状态。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1～3所示，一种复合球面反射镜的烧结方法，包括以下步骤，
S1加工复合球面反射镜的金属基底2，金属基底2采用钛合金材料，利用数控车床车削加工，采用轴向压紧，避免压紧力引起金属基底2变形。将金属基底2车削为面形精度与设计球面半径相差在±0.01mm内的球面，并且金属表面质量良好，粗糙度控制在Ra1.6μm以内，金属基底2加工完后经退火处理，以减少内应力；
S2加工复合球面反射镜的光学玻璃1，将玻璃牌号为K9的光学玻璃1加工成平板，不需将待烧结的光学玻璃1加工为特定球面，可降低对待烧结光学玻璃1的加工难度，光学玻璃1研磨后，其厚度控制在2mm±0.1mm以内，平面度≤0.02mm，表面粗糙度控制在Ra1.6μm以内，且光学玻璃1的表面不应存在直径大于0.7mm的大砂眼和长度大于15mm，宽度大于0.07mm的大划痕，从而大大降低光学玻璃1的初加工难度，并保证金属基底2与光学玻璃1的烧结成功率；光学玻璃1的外形尺寸小于步骤S1中金属基底2的烧结口径，所述光学玻璃1的外形尺寸与金属基底2的烧结口径的差值为0.5mm±0.05mm，避免烧结时光学玻璃1凸出金属基底2引起光学玻璃1的破裂；
S3用熔封炉将金属基底2与光学玻璃1烧结，所述金属基底2的烧结口径为160mm，所述金属基底2的曲率半径为608.1mm，且复合球面反射镜的总厚度控制在12mm以内，所述熔封炉中的温控精度为±10℃，方便控制，可降低操作难度。
用熔封炉将金属基底2与光学玻璃1烧结，包括如下步骤：
S31烧结前，打开熔封炉，将金属基底2放入熔封炉内，将光学玻璃1放置金属基底2的待烧结表面上，关闭熔封炉；
S32将熔封炉内温度从室温升至500℃，控制时间10h；
S33控制熔封炉内温度在500℃恒温2h；
S34使熔封炉内温度继续升温至650℃，控制时间6h；
S35控制熔封炉内温度在650℃恒温3h；
S36使熔封炉内温度降温至300℃，控制时间5h；
S37控制熔封炉内温度在300℃恒温2h；
S38使熔封炉内温度降温至100℃，控制时间17h；
S39打开熔封炉，待镜体冷却至室温后取出，即可得到复合球面反射镜；
该方法制备的复合球面反射镜玻璃与金属之间无气泡，玻璃无裂纹，烧结层颜色均匀。
本发明的工作原理是，烧结前，将光学玻璃1直接悬放在金属基底2的曲面上方，烧结中，光学玻璃1由于受高温和自重影响，软化吸附于金属基底2表面，在光学玻璃1下沉时，金属基底2与光学玻璃1之间的气体可均匀从边缘溢出，烧结冷却后，实现光学玻璃1与金属基底2的复合。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种复合球面反射镜的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1加工复合球面反射镜的金属基底，使得金属基底的曲率半径与设计球面的曲率半径偏差在±0.01mm以内，且金属基底的表面粗糙度控制在Ra1.6μm以内；
S2加工复合球面反射镜的光学玻璃，将光学玻璃加工成平板，其厚度控制在2mm±0.1mm以内，平面度≤0.02mm，表面粗糙度控制在Ra1.6μm以内；且光学玻璃的外形尺寸小于步骤S1中金属基底的烧结口径，所述光学玻璃的外形尺寸与金属基底的烧结口径的差值为0.5mm±0.05mm；
S3用熔封炉将金属基底与光学玻璃烧结，所述金属基底的烧结口径控制在50～200mm之间，且金属基底的曲率半径与金属基底的烧结口径之比≥3；
其中用熔封炉将金属基底与光学玻璃烧结，包括如下步骤：
S31烧结前，打开熔封炉，将金属基底放入熔封炉内，将光学玻璃放置金属基底的待烧结表面上，关闭熔封炉；
S32将熔封炉内温度从室温升至500℃，控制时间10h；
S33控制熔封炉内温度在500℃恒温2h；
S34使熔封炉内温度继续升温至650℃，控制时间6h；
S35控制熔封炉内温度在650℃恒温3h；
S36使熔封炉内温度降温至300℃，控制时间5h；
S37控制熔封炉内温度在300℃恒温2h；
S38使熔封炉内温度降温至100℃，控制时间17h；
S39打开熔封炉，待镜体冷却至室温后取出，即可得到复合球面反射镜。
2.根据权利要求1所述的一种复合球面反射镜的烧结方法，其特征在于：步骤S1中金属基底加工完后需要经退火处理，且金属基底的材料选用钛合金。
3.根据权利要求1所述的一种复合球面反射镜的烧结方法，其特征在于：所述熔封炉中的温控精度为±10℃。
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