專利名稱：一種輕質(zhì)表面玻璃化鈦金屬平面反射鏡及一種特種玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)器件，具體涉及一種軍用光學(xué)系統(tǒng)的輕質(zhì)表面玻璃化鈦金屬平面反射鏡，本發(fā)明還涉及該反射鏡中使用的特種玻璃配方。
背景技術(shù)：
隨著精密制導(dǎo)、火控、雷達(dá)、航天遙感等技術(shù)的不斷發(fā)展，對軍用光學(xué)系統(tǒng)提出了更高要求，要求反射鏡在較寬的電磁波段范圍內(nèi)有很好的成像質(zhì)量，除了滿足光學(xué)要求外，還要求增大口徑，同時減輕反射鏡質(zhì)量并提高成像穩(wěn)定性。
目前反射鏡主要有1.玻璃反射鏡。這種方案采用玻璃作為反射鏡，用環(huán)氧樹脂較粘接到金屬基底上。玻璃是傳統(tǒng)的光學(xué)材料，具有良好的光學(xué)性能以及光學(xué)可加工性能，制成的反射鏡面形質(zhì)量可以滿足要求。但由于玻璃材料強(qiáng)度和剛性低，所以必須增加厚度以保證材料不變形，因此導(dǎo)致器件體積重量和慣量均較大，裝調(diào)困難，不適合輕質(zhì)反射鏡。2.鋁合金輕質(zhì)反射鏡。由于鋁合金的膨脹系數(shù)大，易變形，使得光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性差。3.鈦合金反射鏡。該反射鏡在鈦金屬底座上設(shè)置一玻璃層，玻璃為K9玻璃。鈦合金密度小、剛性高、并具有良好的熱穩(wěn)定性，是輕質(zhì)反射鏡的理想材料，但由于K9玻璃與鈦金屬的膨脹系數(shù)存在一定差異，使得玻璃產(chǎn)生變形，影響了光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供了一種輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡。
本發(fā)明的輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，由鈦金屬基底、特種玻璃層和反射膜層構(gòu)成，其中所述特種玻璃膨脹系數(shù)為80-90×10-7/℃，軟化點為450-650℃。
所述鈦金屬基底為純鈦TA1、TA2、或TA3，或鈦合金TC1、TC2、TC3、TC4、或TC6。鈦基底為平板或為具有輕量化設(shè)計的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
所述特種玻璃層厚度為0.2-2.5mm。鈦金屬基底表面在加工處理后表面粗糙度0.8-15μm。
本發(fā)明另一目的，是提供一種可用于上述反射鏡中的特種玻璃。
本發(fā)明的特種玻璃，其膨脹系數(shù)為80-90×10-7/℃，軟化點為450-650℃。組成為SiO225-40wt％，PbO 52.5-70wt％，R2O 1-5wt％，RO 0-2wt％，As2O30.2-0.5wt％，其中R為K、Na Mg、或Ca。
本發(fā)明的優(yōu)點在于特種玻璃與鈦金屬性能匹配、反射鏡面形質(zhì)量穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便(可直接與螺釘連接)、裝調(diào)可靠性高。


圖1為輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，參見圖1所示，該反射鏡由鈦金屬基底1、特種玻璃層2和反射膜層3構(gòu)成。所述鈦金屬基底1由純鈦(TA1，TA2，TA3)或鈦合金(TC1、TC2、TC3、TC4、TC6)為材料，鈦金屬基底1為平板或為具有輕量化設(shè)計的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使反射鏡具有足夠的強(qiáng)度，同時減輕了重量；所述特種玻璃層2是厚度為0.2-2.5mm的特種玻璃，膨脹系數(shù)與鈦金屬基底1高度匹配。所述反射膜層3為在特種玻璃層2上真空鍍高反射比的金屬反射膜。
本發(fā)明輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡加工過程中，采用機(jī)械或激光方法對鈦金屬基底1表面進(jìn)行加工處理，表面粗糙度0.8-15μm。玻璃層2采用特種玻璃，優(yōu)選玻璃成分為25-40wt％，PbO 52.5-70wt％，R2O 1-5wt％，RO 0-2wt％，As2O30.2-0.5wt％，R為K、Na Mg、或Ca，膨脹系數(shù)為80-90×10-7/℃，與鈦金屬膨脹系數(shù)高度匹配，軟化點為450-650℃。
具體方法是特種玻璃制備方法采用熔體冷卻法，玻璃配合料引入物可為氧化物、碳酸鹽或硝酸鹽，配合料經(jīng)充分?jǐn)嚢瑁旌暇鶆?，放入氧化鋁坩堝或白金坩堝中，在1250-1450℃熔制8-10小時，并攪拌保證良好的均勻性，澆鑄時熔體溫度約為1000-1400℃。退火溫度約為400-600℃。鈦金屬基底需要在表面進(jìn)行加工處理，表面粗糙度0.8-15μm。將玻璃與金屬基底進(jìn)行表面處理并經(jīng)特殊高溫工藝熔合。燒結(jié)后玻璃與金屬基底緊密連接成一體。再將玻璃層研磨至0.2-2.5mm并拋光，最后在真空鍍膜機(jī)中鍍高反射金屬膜。
實例1特種玻璃成分為SiO225wt％，PbO70wt％，Na2O1.2wt％，K2O1wt％，MgO2.0wt％，As2O30.2wt％，其中，PbO用Pb3O4引入，Na2O用Na2CO3引入，K2O用K2CO3引入，MgO用堿式碳酸鎂引入，其余成分用氧化物引入。引入物采用分析純化學(xué)試劑。將原料充分混合均勻，加入至溫度為1260℃的白金坩堝中，熔制時間為10小時，并攪拌保證良好的均勻性，澆鑄時熔體溫度約為1050℃，退火溫度為420℃，即可得到玻璃毛坯，再經(jīng)研磨、拋光制成2mm玻璃板。
采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測定，該玻璃的膨脹系數(shù)為89×10-7/℃，軟化點為460℃。
鈦金屬基底選用TC4材料，先進(jìn)行精密加工，表面粗糙度1.6μm。
將玻璃與鈦金屬基底用酒精和丙酮洗凈，進(jìn)行物理化學(xué)處理、表面活化處理將鈦合金基底和玻璃放入電爐中，以3℃/min的升溫速度升至400℃，然后保溫1小時，再以2℃/min的升溫速度升至500℃，然后保溫2.5小時，再以10℃/h的速度降溫至420℃，保溫4小時后再以10℃/h的速度降溫至200℃，停爐降溫，當(dāng)溫度降至室溫時出爐，燒結(jié)后的反射鏡玻璃層與鈦合金連接緊密，界面無氣泡，玻璃不炸裂。
將玻璃層磨至0.2mm并精密拋光，面形達(dá)到要求。最后在真空鍍膜機(jī)中鍍金屬高反射膜，最終制成反射鏡。該反射鏡面形質(zhì)量穩(wěn)定，使用中光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，符合軍用光學(xué)系統(tǒng)要求。
實例2特種玻璃成分為SiO240wt％，PbO52.5wt％，Na2O2.5wt％，K2O2.5wt％，MgO2.0wt％，As2O30.5wt％，PbO用Pb3O4引入，Na2O用Na2CO3引入，K2O用K2CO3引入，MgO用堿式碳酸鎂引入，其余成分均用氧化物引入。引入物采用分析純化學(xué)試劑。將原料充分混合均勻，加入至溫度為1450℃的白金坩堝中，熔制時間為8小時，并攪拌保證良好的均勻性，澆鑄時熔體溫度約為1350℃，退火溫度為550℃，即可得到玻璃毛坯，再經(jīng)研磨、拋光制成3mm玻璃板。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測定，該玻璃的膨脹系數(shù)為80×10-7/℃，軟化點為600℃。
鈦金屬基底選用TA2材料，先進(jìn)行精密加工，表面粗糙度10μm。
將玻璃與鈦金屬基底用酒精和丙酮洗凈，進(jìn)行物理化學(xué)處理、表面活化處理將鈦合金基底和玻璃放入電爐中，以3℃/min的升溫速度升至400℃，然后保溫1小時，再以2℃/min的升溫速度升至600℃，然后保溫2.5小時，再以10℃/h的速度降溫至520℃，保溫4小時后再以10℃/h的速度降溫至200℃，停爐降溫，當(dāng)溫度降至室溫時出爐，燒結(jié)后的反射鏡玻璃層與鈦合金連接緊密，界面無氣泡，玻璃不炸裂。
將玻璃層磨至2.5mm并精密拋光，面形達(dá)到要求。最后在真空鍍膜機(jī)中鍍金屬高反射膜，最終制成反射鏡。該反射鏡面形質(zhì)量穩(wěn)定，使用中光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，符合軍用光學(xué)系統(tǒng)要求。
實例3特種玻璃成分為SiO230wt％，PbO67.2wt％，Na2O1.5wt％，K2O0.5wt％，CaO0.5wt％，As2O30.3wt％，其中，PbO用Pb3O4引入，Na2O用Na2CO3引入，K2O用K2CO3引入，CaO用CaCO3引入，其余成分用氧化物引入。引入物采用分析純化學(xué)試劑。將原料充分混合均勻，加入至溫度為1350℃的白金坩堝中，熔制時間為10小時，并攪拌保證良好的均勻性，澆鑄時熔體溫度約為1200℃，退火溫度為490℃，即可得到玻璃毛坯，再經(jīng)研磨、拋光制成3mm玻璃板。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測定，該玻璃的膨脹系數(shù)為84×10-7/℃，軟化點為520℃。
鈦金屬基底選用TC4材料，先進(jìn)行精密加工，表面粗糙度15μm。
將玻璃與金屬用酒精和丙酮洗凈，將鈦合金基底進(jìn)行物理化學(xué)處理、表面活化處理，將鈦合金基底和玻璃放入電爐中，以3℃/min的升溫速度升至400℃，然后保溫1小時，再以2℃/min的升溫速度升至540℃，然后保溫3小時，再以10℃/h的速度降溫至400℃，保溫4小時后再以10℃/h的速度降溫至200℃，停爐降溫，當(dāng)溫度降至室溫時出爐，燒結(jié)后的反射鏡玻璃層與鈦合金連接緊密，界面無氣泡，玻璃不炸裂。
將玻璃層磨至1.2mm并精密拋光，面形達(dá)到要求。最后在真空鍍膜機(jī)中鍍金屬高反射膜，最終制成反射鏡。該反射鏡面形質(zhì)量穩(wěn)定，使用中光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，符合軍用光學(xué)系統(tǒng)要求。
實例4特種玻璃成分為SiO235wt％，PbO63.5wt％，Na2O1wt％，As2O30.5wt％，其中，PbO用Pb3O4引入，Na2O用Na2CO3引入，其余成分用氧化物引入。引入物采用分析純化學(xué)試劑。將原料充分混合均勻，加入至溫度為1350℃的白金坩堝中，熔制時間為10小時，并攪拌保證良好的均勻性，澆鑄時熔體溫度約為1200℃，退火溫度為490℃，即可得到玻璃毛坯，再經(jīng)研磨、拋光制成3mm玻璃板。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測定，該玻璃的膨脹系數(shù)為85×10-7/℃，軟化點為650℃。
鈦金屬基底選用TC4材料，先進(jìn)行精密加工，表面粗糙度14μm。
將玻璃與金屬用酒精和丙酮洗凈，將鈦合金基底進(jìn)行物理化學(xué)處理、表面活化處理，將鈦合金基底和玻璃放入電爐中，以3℃/min的升溫速度升至400℃，然后保溫1小時，再以2℃/min的升溫速度升至540℃，然后保溫3小時，再以10℃/h的速度降溫至400℃，保溫4小時后再以10℃/h的速度降溫至200℃，停爐降溫，當(dāng)溫度降至室溫時出爐，燒結(jié)后的反射鏡玻璃層與鈦合金連接緊密，界面無氣泡，玻璃不炸裂。
將玻璃層磨至1.5mm并精密拋光，面形達(dá)到要求。最后在真空鍍膜機(jī)中鍍金屬高反射膜，最終制成反射鏡。該反射鏡面形質(zhì)量穩(wěn)定，使用中光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，符合軍用光學(xué)系統(tǒng)要求。
以上實例中由于特種玻璃膨脹系數(shù)與鈦金屬基底高度匹配，因此玻璃層與鈦合金在處理中可實現(xiàn)連接緊密，界面無氣泡，玻璃不炸裂，為制備得到高品質(zhì)反射鏡提供了保證。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，該反射鏡由鈦金屬基底、特種玻璃層和反射膜層構(gòu)成，其中所述特種玻璃膨脹系數(shù)為80-90×10-7/℃，軟化點為450-650℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，所述鈦金屬基底為純鈦TA1、TA2、或TA3，或鈦合金TC1、TC2、TC3、TC4、或TC6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，所述特種玻璃成分為SiO225-40wt％，PbO 52.5-70wt％，R2O 1-5wt％，RO 0-2wt％，As2O30.2-0.5wt％，其中R為K、Na Mg、或Ca。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，所述特種玻璃組成為SiO225-40wt％，PbO 52.5-70wt％，R2O 1-5wt％，RO 0-2wt％，As2O30.2-0.5wt％，其中R為K、Na Mg、或Ca。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，鈦基底為平板或為具有輕量化設(shè)計的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，所述特種玻璃層厚度為0.2-2.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，所述特種玻璃層厚度為0.2-2.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的輕質(zhì)表面玻璃化鈦反射鏡，其特征在于，鈦金屬基底表面在加工處理后表面粗糙度0.8-15μm。
9.一種特種玻璃，其特征在于，其膨脹系數(shù)為80-90×10-7/℃，軟化點為450-650℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述特種玻璃，其特征在于，成分為SiO225-40wt％，PbO 52.5-70wt％，R2O 1-5wt％，RO 0-2wt％，As2O30.2-0.5wt％，其中R為K、Na Mg、或Ca。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輕質(zhì)表面玻璃化鈦金屬平面反射鏡，該反射鏡由鈦金屬基底、特種玻璃層和反射膜層構(gòu)成。所述鈦金屬基底為純鈦(TA1，TA2，TA3)或鈦合金(TC1、TC2、TC3、TC4、TC6)，鈦基底為平板或為具有輕量化設(shè)計的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械或激光方法對鈦金屬基底表面進(jìn)行加工處理，表面粗糙度0.8－15μm。所述特種玻璃層是厚度為0.2－2.5mm的特種玻璃，其成分為SiO
文檔編號C03C3/07GK101021580SQ20061011437
公開日2007年8月22日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者高祀建, 關(guān)銘, 朱永昌, 劉峻 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院