專利名稱：鋁基材料反射鏡及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學鏡材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于大型光學器件結(jié)構(gòu)安裝的鋁基材料反射鏡及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在高能激光器件、激光陀螺儀、光學窗口、太空望遠鏡等大型光學器件的研發(fā)與應用過程中，許多光學反射部件都需要精確的結(jié)構(gòu)安裝。傳統(tǒng)的光學反射部件大都采用純玻璃材料制作，但純玻璃反射部件因為結(jié)構(gòu)造型困難，且玻璃易碎、不易冷加工、不適合復雜反射面造型使用，因此，近年來本領(lǐng)域已考慮在金屬基體上進行結(jié)構(gòu)部件的造型加工后再制備成光學反射部件的方案，以供光學高能反射使用。目前國內(nèi)外關(guān)于反射鏡的文獻很多，但大多數(shù)都是玻璃反射鏡?，F(xiàn)有的純金屬反射鏡的制備方法采用電解拋光制備，但對電解前的表面粗糙度很高，制備成本高昂，效率很低，而且所制備產(chǎn)品的反射率相對較低，難于到達高能激光反射器的要求。例如，俄羅斯曾有專利報道的一種金屬反射鏡，其原理是在鈦合金上燒結(jié)玻璃涂層，該反射鏡的制備工藝復雜、成品率和生產(chǎn)效率均較低，反光涂層與基體結(jié)合較弱，在使用過程中容易脫落。經(jīng)申請人在現(xiàn)有的信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中檢索，迄今尚未發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明結(jié)構(gòu)內(nèi)容相同的文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良、強度高、裝配性好、生產(chǎn)效率和反射效率高、適合復雜反射面造型使用的鋁基材料反射鏡，同時本發(fā)明還提供一種用于制備該鋁基材料反射鏡的方法。本發(fā)明所述的鋁基材料反射鏡具有一個由低膨脹鋁合金材料制作的基體金屬，在基體金屬上自下而上依次設(shè)置有50 250 μ m的梯度結(jié)構(gòu)玻璃層、2 5 μ m的銀反光層和 2 5μπι的透明樹脂封裝層。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于作為基體金屬的低膨脹鋁合金的化學成分為硅(Si)的重量百分比控制在7 25%，銅(Cu)的重量百分比控制在2 5%，錳(Mn)的重量百分比控制在0. 1 0. 5%，鈦(Ti)的重量百分比控制在0. 1 0. 5%，錸(RE)的重量百分比控制在0. 1 0.5%，其余為鋁(Al)。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于梯度結(jié)構(gòu)玻璃層O)由五層不同組成的玻璃組成，自下而上各層玻璃的金屬粉和玻璃粉的體積比依次為80 20,60 40,40 60,20 80、 0 100，厚度均為10 50 μ m。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于組成梯度結(jié)構(gòu)玻璃層的金屬粉為鋁、銅、鋅或鎳粉，組成梯度結(jié)構(gòu)玻璃層的玻璃粉為K9玻璃球形粉末，其粒度為10 50 μ m。用于制備該鋁基材料反射鏡的方法是一種在金屬鋁合金基體上進行納米反光涂層制備的方法，它包括以下的具體制造步驟
1)采用鋁合金熔鑄工藝熔配低膨脹鋁合金基體；2)采用大氣等離子噴涂工藝在金屬鋁合金基體上噴涂制備梯度結(jié)構(gòu)的玻璃涂層， 噴涂功率范圍為20 80kW ；3)加工玻璃涂層，使表面粗糙度達到納米級；4)應用銀氨反應法在加工好的玻璃涂層表面鍍銀；5)在銀反光層表面采用透明環(huán)氧樹脂進行封裝。本發(fā)明技術(shù)方案的研發(fā)獲得源于以下的設(shè)計構(gòu)思在光學反射器件結(jié)構(gòu)中，光學反射率的高低與反射面的粗糙程度密切相關(guān)，只有表面粗糙度低到一定程度，才能獲得好的反射效果，否則，有不小的一部分入射光會發(fā)生漫反射，反射率會減低；鑒于反射層的表面粗超度與底層的表面粗糙度直接相關(guān)，因此要求在制備反射層之前的表面粗糙度達到較高水平，具體要求達到納米級(幾納米、甚至一納米范圍內(nèi))，由于金屬部件表面的粗糙度較難加工到這么高的水平，但是對于玻璃表面的加工相對容易，并且在玻璃表面鍍銀制備反光鏡的工藝相對較為成熟，因此設(shè)計者選擇了在金屬基體表面制備玻璃層后再拋光鍍銀制備反光鏡的制備方案；然而玻璃材料和金屬材料之間還存在著線膨脹系數(shù)差異較大的問題，為在兩種線膨脹系數(shù)存在較大差異的材料之間形成較好的結(jié)合，本發(fā)明引入了以線膨脹系數(shù)逐漸降低的梯度結(jié)構(gòu)，來減緩制備過程中熱應力的釋放，即在金屬基體表面制備玻璃層時，采用梯度結(jié)構(gòu)以減少、緩和玻璃與金屬基體之間的熱應力差異，增強玻璃與金屬基體之間的結(jié)合。另外，現(xiàn)有技術(shù)中常用的涂覆燒結(jié)方法因為涂覆層與基體層之間存在的線膨脹系數(shù)的差異，造成涂覆層與基體層之間的結(jié)合有限、成品率較低、生產(chǎn)效率低，而本發(fā)明采用梯度結(jié)構(gòu)涂層制備方法可以較好的緩和并減少涂層之間、涂層與基體之間因為線膨脹系數(shù)差異引起的應立集中，增強涂層與基體之間的結(jié)合，可以提高成品的制成率，提高生產(chǎn)效率，減少浪費。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的鋁基材料反射鏡強度高、裝配性好、生產(chǎn)成品率高、生產(chǎn)效率高、反射效率高，滿足高能激光對反射器關(guān)鍵部件的要求，并且可以在復雜造型表面制得高反射率的反射面(平面、凹面、凸面、復雜造型面等)，適合復雜反射面造型使用。通過大量的實踐表明，應用本分明制備的鋁基材料反射鏡可以達到如下性能波段為450 660納米的入射光，入射角45°時，反射率> 95% ；波段為550 1100納米的入射光、入射角45°時，反射率為>97%。


附圖為本發(fā)明所述鋁基材料反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中各標號名稱分別為1-基體金屬，2-梯度結(jié)構(gòu)玻璃層，3-銀反光層，4-透明樹脂封裝層。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明內(nèi)容做進一步說明實施例1 采用本發(fā)明制備鋁基材料反射鏡，其基體金屬1的組成為Si的重量百分比控制在7%，Cu的重量百分比控制在2%，Mn的重量百分比控制在0. 1%，Ti的重量百分比控制在0. 1%，RE的重量百分比控制在0. 1%，其余為Al，納米反光涂層的組成為厚度為 200 μ m的梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層2、厚度為3 μ m的納米銀反光層3、厚度為3 μ m的透明樹脂(表面)封裝層4。其中的梯度結(jié)構(gòu)玻璃層2為五層金屬粉和玻璃的復合梯度涂層，其組成的體積比依次為80 20,60 40,40 60,20 80,0 100，厚度均為 40 μ m。該鋁基材料反射鏡的制備方法為1)應用普通鋁合金熔鑄工藝，熔配低膨脹鋁合金基體；2)采用大氣等離子噴涂工藝在金屬鋁合金基體上噴涂制備梯度結(jié)構(gòu)的玻璃涂層， 噴涂功率范圍為60kW ；3)應用普通玻璃加工工藝，加工玻璃涂層，使表面粗糙度達到納米級；4)應用銀氨反應法在加工好的玻璃涂層表面鍍銀；5)在銀反光層表面采用透明環(huán)氧樹脂進行封裝。實施例2 采用本發(fā)明制備鋁基材料反射鏡，其基體組成為Si的重量百分比控制在15%， Cu的重量百分比控制在2%，Mn的重量百分比控制在0. 1%，Ti的重量百分比控制在 0.1%, RE的重量百分比控制在0. 1%，其余為Al。納米反光涂層的組成為150μπι的梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層、3 μ m的納米銀反光層、3 μ m的表面封裝層。其中梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層為五層金屬鋁和K9玻璃的復合梯度涂層，其組成的體積比依次為80 20,60 40,40 60、 20 80,0 100，厚度均為30μπι。其制備方法同實施例1。實施例3 采用本發(fā)明制備鋁基材料反射鏡，其基體組成為Si的重量百分比控制在25%， Cu的重量百分比控制在2%，Mn的重量百分比控制在0. 1%，Ti的重量百分比控制在 0.1%, RE的重量百分比控制在0. 1%，其余為Al。納米反光涂層的組成為150μπι的梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層、3 μ m的納米銀反光層、3 μ m的表面封裝層。其中梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層為五層金屬鋁和K9玻璃的復合梯度涂層，其組成的體積比依次為80 20,60 40,40 60、 20 80,0 100，厚度均為30μπι。其制備方法同實施例1。實施例4 采用本發(fā)明制備鋁基材料反射鏡，其基體組成為Si的重量百分比控制在18%， Cu的重量百分比控制在3%，Mn的重量百分比控制在0. 1%，Ti的重量百分比控制在 0.1%, RE的重量百分比控制在0. 1%，其余為Al。納米反光涂層的組成為150μπι的梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層、3 μ m的納米銀反光層、3 μ m的表面封裝層。其中梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層為5 層金屬鋁和K9玻璃的復合梯度涂層，其組成的體積比依次為80 20,60 40,40 60、 20 80,0 100，厚度均為30μπι。其制備方法同實施例1。實施例5 采用本發(fā)明制備鋁基材料反射鏡，其基體組成為Si的重量百分比控制在18%， Cu的重量百分比控制在5%，Mn的重量百分比控制在0. 1%，Ti的重量百分比控制在 0.1%, RE的重量百分比控制在0. 1%，其余為Al。納米反光涂層的組成為150μπι的梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層、2 μ m的納米銀反光層、3 μ m的表面封裝層。其中梯度結(jié)構(gòu)的玻璃層為5 層金屬鋁和K9玻璃的復合梯度涂層，其組成的體積比依次為80 20,60 40,40 60、 20 80,0 100，厚度均為30μπι。其制備方法同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種鋁基材料反射鏡，其特征在于具有一個由低膨脹鋁合金材料制作的基體金屬 (1)，在基體金屬(1)上自下而上依次設(shè)置有50 250 μ m的梯度結(jié)構(gòu)玻璃層0)、2 5μπι 的銀反光層(3)和2 5 μ m的透明樹脂封裝層(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基材料反射鏡，其特征在于作為基體金屬(1)的低膨脹鋁合金的化學成分為硅的重量百分比控制在7 25%，銅的重量百分比控制在2 5%，錳的重量百分比控制在0. 1 0.5%，鈦的重量百分比控制在0. 1 0.5%，錸的重量百分比控制在0. 1 0.5%，其余為鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基材料反射鏡，其特征在于梯度結(jié)構(gòu)玻璃層O)由五層不同組成的玻璃組成，自下而上各層玻璃的金屬粉和玻璃粉的體積比依次為80 20、 60 40,40 60,20 80,0 100，厚度均為 10 50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁基材料反射鏡，其特征在于組成梯度結(jié)構(gòu)玻璃層的金屬粉為鋁、銅、鋅或鎳粉，組成梯度結(jié)構(gòu)玻璃層的玻璃粉為K9玻璃球形粉末，其粒度為10 50 μ m0
5.一種用于制備權(quán)利要求1所述的鋁基材料反射鏡的方法，其特征在于具體制造步驟為1)采用鋁合金熔鑄工藝熔配低膨脹鋁合金基體；2)采用大氣等離子噴涂工藝在金屬鋁合金基體上噴涂制備梯度結(jié)構(gòu)的玻璃涂層，噴涂功率范圍為20 80kW ；3)加工玻璃涂層，使表面粗糙度達到納米級；4)應用銀氨反應法在加工好的玻璃涂層表面鍍銀；5)在銀反光層表面采用透明環(huán)氧樹脂進行封裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于大型光學器件結(jié)構(gòu)安裝的鋁基材料反射鏡及其制備方法，該反射鏡以低膨脹鋁合金材料為基體金屬，在其表面依次制作梯度結(jié)構(gòu)玻璃層和納米銀反光層，再用透明的環(huán)氧樹脂進行封裝，制備成高性能輕質(zhì)反射鏡。該反射鏡對于波段為450～660納米的入射光，入射角45°時，反射率＞95％；對于波段為550～1100納米的入射光、入射角45°時，反射率為＞97％，可以滿足高能激光對反射器關(guān)鍵部件的要求。產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良、強度高、裝配性好、生產(chǎn)效率和反射效率高等優(yōu)點，適合復雜反射面造型使用。
文檔編號C23C4/06GK102277520SQ20101019551
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者李建平, 李艷, 楊忠, 郭永春, 高培虎 申請人:西安康博新材料科技有限公司