專利名稱：一種輕質反射鏡鏡坯及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種光學器件的鏡坯，以及制備方法。
背景技術：
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玻璃與鈦合金膨脹系數接近的特性，將鈦合金鏡座和玻璃通過高溫熔封在一起，然后經過機械、熱處理、光學等加工制成大面積輕質反射鏡。其熔封工藝的關鍵問題是要控制好熔封溫度以及材料的熱穩定處理。中國建筑材料科學研究總院制備了特種玻璃，以實現與鈦金屬基體的熱膨脹系數等性能的匹配，并在2006年申請了發明專利(專利申請號200610114376. 0)。 2.碳化硅反射鏡，其制備通常采用反應燒結法，化學氣相沉積法，熱壓法等得到反射鏡鏡坯，但是其制造工藝復雜，難以滿足大面積反射鏡的制備要求。3.鋁合金輕質反射鏡，鋁合金材質軟，線膨脹系數比較大，零件隨溫度的變化變形量較大，使光學系統穩定性差。鈦合金作為一種新型輕質反射鏡基體材料，目前得到廣泛應用，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定性要求。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種輕質反射鏡鏡坯，重量輕，強度大，具有良好的抗熱震性能，能滿足實際應用的要求。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種輕質反射鏡鏡坯，包括基底、鈦合金過渡層和光學玻璃，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合，鈦合金過渡層上封接光學玻璃。所述的基底為平板或具有輕量化設計的蜂窩狀結構，代替傳統反射鏡的鏡框，為玻璃提供支撐功能。所述的光學玻璃為光學性能較好的K9玻璃，其熱膨脹系數為7X Κ^ΚΛ所述的鈦合金過渡層為與光學玻璃熱膨脹系數相匹配的Ti-6A1_4V合金(即 TC4)。所述的鈦合金過渡層的厚度為300 μ m。本發明還提供一種所述輕質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爐中，進行擴散連接，熱壓工藝參數為溫度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。本發明的有益效果是由于采用適當的連接工藝，實現了將基底、鈦合金過渡層及光學玻璃三者之間的優良結合，玻璃內無裂縫和氣孔存在。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，結果表明，經過20次熱震實驗后，玻璃表面一直沒有裂紋產生，表明該鏡坯具有良好的抗熱震性能，能滿足實際應用的要求。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明鏡坯結構的示意圖；圖中，1-基底，2-鈦合金過渡層，3-光學玻璃。
具體實施例方式裝置實施例本發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的尺寸穩定性(Y -TiAl 基高溫結構材料研究評述，章德銘等，中國稀土學報[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/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，將兩者的表面經打磨清洗和烘干后疊放在一起，在真空熱壓燒結爐中進行擴散連接，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色TC4的均勻氧化層。TC4表面氧化好后，進入制備鏡坯的關鍵一步，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，玻璃沒有出現開裂現象。
權利要求
1.一種輕質反射鏡鏡坯，包括基底、鈦合金過渡層和光學玻璃，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合，鈦合金過渡層上封接光學玻璃。
2.根據權利要求1所述的輕質反射鏡鏡坯，其特征在于所述的基底為平板或蜂窩狀結構。
3.根據權利要求1所述的輕質反射鏡鏡坯，其特征在于光學玻璃為K9玻璃，其熱膨脹系數為7ΧΙΟ—Γ1。
4.根據權利要求1所述的輕質反射鏡鏡坯，其特征在于所述的鈦合金過渡層為與光學玻璃熱膨脹系數相匹配的Ti-6A1-4V合金。
5.根據權利要求1所述的輕質反射鏡鏡坯，其特征在于所述的鈦合金過渡層的厚度為 300 μ m。
6.一種權利要求1所述輕質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爐中，進行擴散連接，熱壓工藝參數為溫度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
本發明公開了一種輕質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。本發明重量輕，強度大，具有良好的抗熱震性能，能滿足實際應用的要求。
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 優先權日2011年10月27日
發明者李嘉偉, 楊延清, 王悅存, 羅賢, 霍欣凱 申請人:西北工業大學