專利名稱：高體積分數的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高體積分數的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法。尤其是鋁碳化硅復合材料反射鏡鏡坯的研磨、鍍層沉積速率控制及反射鏡鏡面光學研磨工藝。
背景技術：
鋁碳化硅復合材料具有質量輕、熱導率高、熱膨脹系數低、比強度高等特點，廣泛應用于電子封裝和精密儀器關鍵部件制造。已有報道的光學反射鏡采用36%體積分數碳化硅的鋁碳化硅復合材料反射鏡坯化學鍍鎳磷的報道，是采用二次浸鋅、堿性化學鍍鎳后再酸性化學鍍鎳磷。化學鍍鎳磷合金后，鍍層具有耐酸、耐堿、耐磨及硬度高等特點，但這種工藝方法較復雜。反射鏡是由低體積分數的鋁碳化硅復合材料加工制成的，其熱膨脹系數在10X10_6/k左右。一般的研磨方法用于鋁碳化硅復合材料鎳磷鍍層研磨，鍍層表面劃痕多，反射鏡面易產生光圈。其應用范圍較小，不能適用于汽車工業和空間技術用的反射鏡面。目前汽車工業和空間技術發展迅速，迫切需要一種熱膨脹系數小于8. 5X10_6/k，反射率為96%，反射鏡面無光圈的高體積分數碳化硅顆粒增強的鋁基復合材料(簡稱高體積分數的鋁碳化硅復合材料)反射鏡。申請人已申請的中國專利申請號201110101412.0公開了一種制備高體積分數鋁基碳化硅顆粒增強復合材料方法以及201110259096. X公開了一種鋁碳化硅復合材料表面化學鍍鎳磷合金工藝，但是目前還沒有報導整個高體積分數的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法。本發明的目的在于提供一種體積分數為70%的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法。以實現其熱膨脹系數小于8. OX 10_6/k;能使反射鏡的面形變形極小，粗糙度低，使反射鏡的反射率為96%以上，反射鏡面無光圈；適用范圍廣，能適用于汽車工業和空間技術用的反射鏡。本發明的技術方案是包括以下步驟
(1)用體積分數為70%的鋁碳化硅復合材料制備反射鏡鏡坯，其熱膨脹系數為 7. 5 X IO^6A ；
(2)鏡坯的粗磨在平面磨床用180目金剛石砂輪粗磨；若用高于180目金剛石砂輪粗磨，則砂輪易堵塞；低于180目金剛石砂輪粗磨，則粗糙度達不到要求，為后續精磨帶來困難；
(3)鏡坯的第一次熱處理，在溫度為300 350°C保溫60分鐘，隨爐冷卻；否則，鋁碳化硅復合材料的晶粒會長大，熱膨脹系數增大；
(4)鏡坯的精磨在平面磨床用2000目金剛石砂輪精磨鏡坯的基準面和另一面；
(5)鏡坯的穩定化處理
①將鏡坯放入加熱爐內，在150 250°C，保溫3 5小時；
②快速將鏡坯取出放入保溫桶中，加入-180 220°C液氮，并高出鏡坯頂部25 40讓，保溫1 3小時；
③取出鏡坯再放入加熱爐內，在150 250°C，保溫3 5小時；④按照②步和③步重復操作一次，隨爐冷卻；
(6)鏡坯的再研磨用研磨機和0.5 1 μ m的Al2O3磨料對鏡坯進行研磨，使平面度達到0. 008 0. 01 mm,表面粗糙度達到RaO. 02 μ m ；
(7)鏡坯的化學鍍鎳磷合金，控制PH為3.5 4. 0，施鍍溫度為80 85°C，鍍速為 3. 5 5. 0 μ m/hr ；達到鍍層 100 120 μ m ；
(8)第二次熱處理，在溫度350士20°C保溫60分鐘，隨爐冷卻；
(9)光學研磨采用研磨機和0.3 0. 5 μ m的Al2O3磨料對反射鏡鍍層進行研磨，達到 RaO. 012 μ m。所述反射鏡的尺寸為150 X 150 X 10mm。本發明對體積分數為70%的鋁碳化硅復合材料反射鏡鏡坯進行磨加工，熱處理， 精磨再研磨，保證反射鏡平面度和粗糙度；通過控制鍍液的PH值和施鍍溫度，達到鍍層鎳磷合金結晶細小；對鍍層熱處理增加鍍層硬度，便于光學研磨；所制備的體積分數為70%的鋁碳化硅復合材料反射鏡反射率達97%，反射鏡面無光圈；熱膨脹系數為7. 5X10_6/k，熱導率為180W/m.K。本發明工藝簡單、操作方便成本低，適用面廣，可實現工業化生產。
具體實施例方式下面結合實例對本發明作進一步說明。實施例1
(1)選用體積分數為70%的鋁基碳化硅顆粒增強復合材料制備反射鏡鏡坯鏡坯尺寸為 150X150 X IOmm ；
(2)鏡坯的粗磨在平面磨床用180目金剛石砂輪粗磨，RaO.2μπι ；
(3)第一次熱處理，在溫度300°C保溫60分鐘，隨爐冷卻；
(4)精磨再用平面磨床和2000目金剛石砂輪精磨基準面和另一面，達到 RaO. 02 μ m ；
(5)鏡坯的穩定化處理，①將鏡坯放入加熱爐內，升溫至190°C，保溫4小時后；②快速將鏡坯取出放入保溫桶中，從保溫桶的底部加入液氮(_196°C )，液氮高出鏡坯最高點 30mm,在這種狀態下保2小時后；③取出鏡坯放入加熱爐內再升溫至190°C，保溫4小時；④ 再將鏡坯取出，放入保溫桶中，按照②步和③步重復操作一次；隨爐冷卻
(6)鏡坯的再研磨用研磨機和1μ m的Al2O3磨料對鏡坯進行研磨，使平面度達到0. 008 mm,表面粗糙度達到RaO. 02 μ m ；
(7)鏡坯的化學鍍鎳磷合金，控制PH為4.0，施鍍溫度為85°C，鍍速為3. 5 μ m/hr ；達到鍍層 120μπι;
(8)第二次熱處理，在溫度350°C保溫60分鐘，隨爐冷卻；
(9)光學研磨采用研磨機和0.5 μ m的Al2O3磨料對反射鏡鍍層進行研磨，達到平面度為 0. 008 mm, RaO. 012 μ m。通過以上步驟制備的鋁碳化硅復合材料反射鏡，鍍層經400°C，保溫60分鐘后水淬，鍍層沒有脫落，也沒有產生裂紋和起泡；取樣測量鋁碳化硅復合材料的物理性能，熱膨脹系數為7.5X10_6/k，熱導率為180W/m.K。經實際應用，反射率達97%，反射鏡面無光圈。
權利要求
1.高體積分數的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)用體積分數為70%的鋁碳化硅復合材料制備反射鏡鏡坯；(2)鏡坯的粗磨在平面磨床用180目金剛石砂輪粗磨；(3)鏡坯的第一次熱處理，在溫度為300 350°C保溫60分鐘，隨爐冷卻；(4)鏡坯的精磨在平面磨床用2000目金剛石砂輪精磨鏡坯的基準面和另一面；(5)鏡坯的穩定化處理①將鏡坯放入加熱爐內，在150 250°C，保溫3 5小時；②快速將鏡坯取出放入保溫桶中，加入-180 220°C液氮，并高出鏡坯頂部25 40讓，保溫1 3小時；③取出鏡坯再放入加熱爐內，在150 250°C，保溫3 5小時；④按照②步和③步重復操作一次，隨爐冷卻；(6)鏡坯的再研磨用研磨機和0.5 1 μ m的Al2O3磨料對鏡坯進行研磨，使平面度達到0. 008 0. 01 mm,表面粗糙度達到RaO. 02 μ m ；(7)鏡坯的化學鍍鎳磷合金，控制PH為3.5 4. 0，施鍍溫度為80 85°C，鍍速為 3. 5 5. 0 μ m/hr ；達到鍍層 100 120 μ m ；(8)第二次熱處理，在溫度350士20°C保溫60分鐘，隨爐冷卻；(9)光學研磨采用研磨機和0.3 0. 5 μ m的Al2O3磨料對反射鏡鍍層進行研磨，達到 RaO. 012 μ m。
2.根據權利要求1所述的高體積分數的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法，其特征在于，所述鏡坯的穩定化處理包括①將鏡坯放入加熱爐內，升溫至190°C，保溫4小時后； ②快速將鏡坯取出放入保溫桶中，從保溫桶的底部加入液氮(_196°C )，液氮高出鏡坯最高點30mm，在這種狀態下保2小時后；③取出鏡坯放入加熱爐內再升溫至190°C，保溫4小時； ④再將鏡坯取出，放入保溫桶中，按照②步和③步重復操作一次；隨爐冷卻
3.根據權利要求1所述的高體積分數的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法，其特征在于，所述反射鏡的尺寸為150 X 150 X 10mm。
全文摘要
高體積分數的鋁碳化硅復合材料反射鏡的制備方法。包括(1)用體積分數為70%的鋁碳化硅復合材料制備反射鏡鏡坯；(2)在平面磨床用180目金剛石砂輪粗磨；(3)鏡坯的第一次熱處理，(4)鏡坯的精磨在平面磨床用2000目金剛石砂輪精磨鏡坯的基準面和另一面；(5)進行穩定化處理；(6)鏡坯的再研磨(7)鏡坯的化學鍍鎳磷合金，(8)第二次熱處理，在溫度350±20℃保溫60分鐘，隨爐冷卻；(9)光學研磨到Ra0.012μm。本發明制備的反射鏡反射率達97%，反射鏡面無光圈；熱膨脹系數小于7.5×10-6/k，熱導率為180W/m.K。
文檔編號C22C1/10GK102508327SQ20111034254
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者萬紹平, 何芳, 劉金峰, 劉韻妍, 宋軍, 張曉武, 李彬, 海春英, 王長青, 胡娟, 胡盛青, 舒陽會, 蘇蓉, 譚春林 申請人:湖南航天誠遠精密機械有限公司