RU2522448C1 - Coating for space mirror workpiece - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: disclosed is a coating for a space mirror workpiece, which is glass of the following composition, wt %: SiO₂ - 44-61; B₂O₃ - 8-20; Al₂O₃ - 5-19; CaO - 3-12; Sb₂O₃ - 0,3-0,7; V₂O₅ - 2-11; Nb₂O₅ - 1-7; MoO₃ - 0.2-4 and F - 1.5-6.

EFFECT: composition of the material enables to obtain a high-quality optical surface directly on substrates made of silicon carbide materials.

2 tbl

Description

Изобретение относится к конструктивным покрытиям заготовок космических зеркал, в частности для обеспечения возможности получения высококачественной оптической поверхности на подложке зеркал.The invention relates to structural coatings of blanks of space mirrors, in particular to enable high-quality optical surfaces on the substrate of the mirrors.

Из области производства космических зеркал известно, что ранее в качестве материала подложки использовали металл - бериллий, очень токсичный материал. Для создания на подложке из этого материала оптической поверхности использовали остекловывание специально разработанным стеклом, которое затем полировали и наносили отражающие покрытие.From the field of production of space mirrors, it is known that previously metal - beryllium, a very toxic material, was used as the substrate material. To create an optical surface on a substrate of this material, vitrification was used with specially designed glass, which was then polished and a reflective coating was applied.

В дальнейшем на подложку, на которой сформирована оптическая поверхность, напыляют многослойное отражающее покрытие (зеркало), затем - защитное покрытие.Subsequently, a multilayer reflective coating (mirror) is sprayed onto the substrate on which the optical surface is formed, then a protective coating.

В настоящее время представляет интерес использование заготовок для космических зеркал из карбида кремния, который обладает наилучшим соотношением модуля упругости и плотности среди известных материалов.Currently, it is of interest to use blanks for space mirrors made of silicon carbide, which has the best ratio of elastic modulus and density among known materials.

Назначение стекла следующее: поверхность карбида кремния дефектна, т.к. в объеме этот материал не однороден как стекло, т.е. его невозможно отполировать до оптического качества поверхности. Для этого должен быть использован материал, который можно отполировать до оптического качества, т.е. стекло. Дальше на стекло напыляют многослойное отражающее покрытие (зеркало), на которое потом уже наносят защитное покрытие.The purpose of the glass is as follows: the surface of silicon carbide is defective, because in volume, this material is not uniform as glass, i.e. it cannot be polished to optical surface quality. For this, a material that can be polished to optical quality, i.e. glass. Then a multilayer reflective coating (mirror) is sprayed onto the glass, on which a protective coating is then applied.

В патенте РФ №2025749, опубликованном 30.12.1984 по индексу МПК G02B 5/08, заявлено «Зеркало и способ формирования его защитного покрытия», предназначенного для зеркал, работающих в условиях повышенного воздействия агрессивных сред. In the patent of the Russian Federation No. 2025749, published on 12/30/1984 according to the IPC index G02B 5/08, it is stated “Mirror and method of forming its protective coating”, intended for mirrors operating under conditions of increased exposure to aggressive environments.

Сущность изобретения: зеркало содержит подложку, отражающий металлический слой и защитное покрытие, выполненное из нитрида и карбида кремния при следующем соотношении компонентов: карбид кремния 2-27 мас.%; нитрид кремния - остальное. Изобретение относится к оптике, в частности к зеркалам, предназначенным для бытовых нужд и различных технических целей, работающим в условиях повышенного воздействия агрессивных сред (пары влаги, коррозионные среды, перепады температур и т.п.).The inventive mirror contains a substrate, a reflecting metal layer and a protective coating made of nitride and silicon carbide in the following ratio of components: silicon carbide 2-27 wt.%; silicon nitride - the rest. The invention relates to optics, in particular to mirrors intended for domestic needs and various technical purposes, operating under conditions of increased exposure to aggressive media (moisture vapor, corrosive media, temperature extremes, etc.).

В патенте РФ №2304557, опубликованном 20.08.2007 по индексам МПК В82В 1/00 и H01Q 17/00, заявлено «Защитное покрытие элементов радиоэлектронной аппаратуры», где технический результат заключается в создании защитного покрытия, обладающего высокой стойкостью к воздействию ионизирующих излучений при небольшом удельном весе конструкции. Защитное покрытие выполнено в виде небольшом удельном весе конструкции. Защитное покрытие выполнено в виде наноструктуры, которая включает совокупность атомов редкоземельных элементов, введенных в структуру армирующей атомно-молекулярной металлической матрицы. Наноструктура может быть составной частью защищаемой конструкции либо защитным слоем конструкции.In the RF patent No. 2304557, published on 08/20/2007 according to the indices MPK В82В 1/00 and H01Q 17/00, the “Protective coating of electronic components” is stated, where the technical result is to create a protective coating that is highly resistant to ionizing radiation at low specific gravity of the structure. The protective coating is made in the form of a small specific gravity of the structure. The protective coating is made in the form of a nanostructure, which includes a set of rare-earth atoms introduced into the structure of a reinforcing atomic-molecular metal matrix. The nanostructure can be an integral part of the protected structure or a protective layer of the structure.

Данные конструкции являются отдаленными аналогами и не подходят для создания оптической поверхности на заготовках из карбида кремния.These designs are distant analogues and are not suitable for creating an optical surface on silicon carbide blanks.

Из уровня техники известно спаивание-остекловывание подложки из вольфрама. (М.П.Алексеенко. Когезия и адгезия горячего стекла. Под ред. Профессора К.С.Евстропьева. М.: Машиностроение, 1969, с.136). В данном источнике приведен состав оптического стекла - Марка 3058 III (Supermax), который принят за прототип нового изобретения. Данные по прототипу в Таблице 1.It is known in the prior art to solder-vitrify a tungsten substrate. (M.P. Alekseenko. Cohesion and adhesion of hot glass. Edited by Professor K.S. Evstropiev. M.: Mechanical Engineering, 1969, p.136). This source lists the composition of the optical glass - Brand 3058 III (Supermax), which is taken as a prototype of a new invention. Data on the prototype in Table 1.

Таблица 1Table 1 КомпонентComponent Мас.%Wt% SiO₂ SiO ₂ 55.355.3 B₂O₃ B ₂ O ₃ 7.47.4 Al₂O₃ Al ₂ O ₃ 22.922.9 CaOCaO 4.74.7 MgOMgO 8.58.5 K₂OK ₂ O 0.380.38 Na₂ONa ₂ O 0.60.6 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 0.130.13 As₂O₃ As ₂ O ₃ 0.50.5 Характеристики материалаMaterial characteristics ЗначениеValue Коэффициент термического расширения (10^-7 град.^-1).The coefficient of thermal expansion (10 ^-7 deg. ^-1 ). 3333 Температура, отвечающая вязкости стекла 10^13,3 Пуаз (Tg)Temperature corresponding to glass viscosity 10 ^13.3 Poise (Tg) 738738 Температура, отвечающая вязкости стекла 10¹² Пуаз (T_Eb)The temperature corresponding to the viscosity of the glass 10 ¹² Poise (T _Eb ) 775775 НазначениеAppointment Для спаивания с вольфрамомFor tungsten soldering

Задача нового изобретения состоит в создании нового состава материала, обеспечивающего возможность получения высококачественной оптической поверхности непосредственно на подложках из карбидкремниевых материалов.The objective of the new invention is to create a new composition of the material, providing the possibility of obtaining high-quality optical surfaces directly on substrates of silicon carbide materials.

Технический результат достигается за счет возможности использования карбида кремния в качестве конструкционного материала подложки, ее остекловывания, для использования в оптических приборах, где необходимо сочетание малого веса и высоких прочностных параметров, в частности в космическом приборостроении.The technical result is achieved due to the possibility of using silicon carbide as a structural material of the substrate, its vitrification, for use in optical devices where a combination of low weight and high strength parameters, in particular in space instrument engineering, is required.

Задача решается путем создания материала стекла, включающего компоненты SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃ и CaO, в котором, в отличие от прототипа, дополнительно содержатся Sb₂O₃, V₂O₅, Nb₂O₅, MoO₃ и F при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂-44-61; B₂O₃-8-20; Al₂O₃-5-19; CaO-3-12; Sb₂O₃-0.3-0.7; V₂O₅-2-11; Nb₂O₅-1-7; MoO₃-0.2-4 и F-1.5-6.The problem is solved by creating a glass material, including components SiO ₂ , B ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ and CaO, which, unlike the prototype, additionally contains Sb ₂ O ₃ , V ₂ O ₅ , Nb ₂ O ₅ , MoO ₃ and F in the following ratio of components, wt.%: SiO ₂ -44-61; B ₂ O ₃ -8-20; Al ₂ O ₃ -5-19; CaO-3-12; Sb ₂ O ₃ -0.3-0.7; V ₂ O ₅ -2-11; Nb ₂ O ₅ -1-7; MoO ₃ -0.2-4 and F-1.5-6.

Представленный состав стекла обеспечивает остекловывание подложек из карбидкремниевых материалов с получением высоких характеристик по прочности и оптическим параметрам.The presented composition of glass provides vitrification of substrates from silicon carbide materials with obtaining high characteristics in strength and optical parameters.

Таблица 2table 2 Конкретные составы заявленного материала стекла в мас.%.The specific compositions of the claimed glass material in wt.%. КомпонентComponent 1one 22 33 4four SiO₂ SiO ₂ 4444 6161 50fifty 5757 B₂O₃ B ₂ O ₃ 88 20twenty 14,514.5 1212 Al₂O₃ Al ₂ O ₃ 15,615.6 55 1919 11eleven CaOCaO 1212 33 33 77 Sb₂O₃ Sb ₂ O ₃ 0,70.7 0,30.3 0,50.5 0,40.4 V₂O₅ V ₂ O ₅ 11eleven 22 4four 3,13,1 Nb₂O₅ Nb ₂ O ₅ 77 1,71.7 22 1one MoO₃ Moo ₃ 0,20.2 22 4four 2,52,5 FF 1,51,5 0.50.5 33 66 КТР (10^-7 град.^-1).KTR (10 ^-7 deg. ^-1 ). 2828 30thirty 2525 2727 Адгезия стекла к подложке из карбида кремния.Adhesion of glass to a silicon carbide substrate. Естьthere is Естьthere is Естьthere is Естьthere is Температура варки стекла (°C).Glass melting temperature (° C). 15401540 15001500 15501550 15301530

Способ изготовления материала - варка стекла по технологии, принятой для технических стекол в РФ.A method of manufacturing the material is glass melting according to the technology adopted for technical glasses in the Russian Federation.

В зависимости от поставленной задачи - объем выпуска, размер заготовок, типа технологического оборудования, установленного на производстве, режим варки может изменяться.Depending on the task - the volume of production, the size of the workpieces, the type of processing equipment installed at the plant, the cooking mode may vary.

Оптические и технические стекла производят (варят) в ванных и горшковых печах. В ванных печах непрерывного действия целесообразно варить стекло массовых марок, которое требуется в больших количествах, например листовое. Поэтому для производства большого количества марок оптических и технических стекол используется варка стекла в горшковых печах. Возможно использование пламенных или электрических печей.Optical and technical glasses are produced (boiled) in bathrooms and pot furnaces. In continuous continuous bath furnaces, it is advisable to make glass of mass grades, which is required in large quantities, for example sheet metal. Therefore, for the production of a large number of brands of optical and technical glasses, glass melting is used in pot furnaces. It is possible to use flame or electric furnaces.

Технологический процесс варки оптического и технического стекла различного состава в горшковых печах состоит из следующих этапов (Физико-химические основы производства оптического стекла. Под ред. д.т.н. Л.И.Демкиной. Л.: Химия, 1976. 456 с., гл. XVI «Варка оптического стекла», с.330-349.):The technological process of cooking optical and technical glass of various compositions in pot furnaces consists of the following stages (Physicochemical principles of the production of optical glass. Edited by Doctor of Technical Sciences L.I. Demkina. L .: Chemistry, 1976. 456 p. , Chapter XVI "Optical Glass Cooking", p.330-349.):

- подготовка стекловаренного горшка и мешалки;- preparation of a glass pot and stirrer;

- засыпка и развар шихты;- filling and boiling of the mixture;

- осветление расплава;- clarification of the melt;

- охлаждение стекломассы;- cooling of glass;

- разделка.- cutting.

Для каждого этапа варки стекла определяется температурно-временной режим, который определяется составом стекла и учитывает особенности конкретного производства (Технология стекла. Под ред. И.И. Китайгородского. М.: Госстройиздат, 1961, 624 с.).For each stage of glass melting, a temperature-time regime is determined, which is determined by the composition of the glass and takes into account the particular production (Glass technology. Edited by II Kitaigorodsky. M .: Gosstroyizdat, 1961, 624 p.).

Способ изготовления материала - варка стекла по технологии, принятой для технических стекол в РФ. Режим варки для стекла должен быть специально разработан с учетом особенностей конкретного производства.A method of manufacturing the material is glass melting according to the technology adopted for technical glasses in the Russian Federation. The cooking mode for glass should be specially designed taking into account the particular production.

Проведены эксперименты по спеканию стекла с образцами карбида кремния с диаметром заготовок 60 мм, после чего стекло было отполировано. Стекло спекается с материалом подложки из карбида кремния без разрушения. На поверхности стекла была получена оптическая поверхность, удовлетворяющая поставленной задаче.Experiments were performed on sintering glass with samples of silicon carbide with a billet diameter of 60 mm, after which the glass was polished. The glass is sintered with the silicon carbide substrate material without breaking. On the glass surface, an optical surface was obtained that satisfies the task.

Claims (1)

Покрытие для заготовки космического зеркала, представляющее собой стекло состава, включающего SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃ и CaO, отличающееся тем, что дополнительно содержит Sb₂O₃, V₂O₅, Nb₂O₅, MoO₃ и F при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ 44-61 B₂O₃ 8-20 Al₂O₃ 5-19 CaO 3-12 Sb₂O₃ 0,3-0,7 V₂O₅ 2-11 Nb₂O₅ 1-7 MoO₃ 0,2-4 F 1,5-6 A coating for the preparation of a space mirror, which is a glass composition comprising SiO ₂ , B ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ and CaO, characterized in that it further comprises Sb ₂ O ₃ , V ₂ O ₅ , Nb ₂ O ₅ , MoO ₃ and F in the following ratio of components, wt.%:
SiO ₂ 44-61 B ₂ O ₃ 8-20 Al ₂ O ₃ 5-19 CaO 3-12 Sb ₂ O ₃ 0.3-0.7 V ₂ O ₅ 2-11 Nb ₂ O ₅ 1-7 Moo ₃ 0.2-4 F 1,5-6