Оптическое зеркало и способ его изготовления — SU 960706 (original) (raw)
О П И С А Н И Е (1 ц 960706ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоввтскиаСоцнапкстнческнкРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ССьР вв юэи взебретевиЯ я втврытвйДата опубликования описания 23; 09 . 82 И.К.Мешковский, В.В.Бобашмв, Н.ф.Волочмк, В.А.Звмрмв,В.Г.Зубаков, А.И.Щаников и В,Г,Иирошничмнко(54) ОПТИЧЕСКОЕ ЗЕРКАЛО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1 .Изобретение относится к оптике, а более конкретно к технологии изготовления облегченных оптических.эмркал, и можмт быть использовано при создании крупногабаритных обьмк 5 тивов различных оптических приборов.Известно оптическое зеркало, содержащее монолитную стеклянную основу, на рабочей полированной по о вмрхности которой нанесено отражающмм покрытие 1 Д. Недостатком такого эмркапа являются мго неудовлетворительные удельным вмсовым параммтры, обусловленным монолитной структурой основы зер-. кала.Иэвмстмн также способ изготовлм 1ния указанного зеркала, заключа- го ющийся в получении стеклянной заготовки, формировании из нмм монолит" ной основы зеркала, образовании путем шлифовки и полировки мм рабо 2чмй поверхности и нанесении на эту повмрхность отражающего покрытия,11НедостаТком этого способа является, то, что изготовленное в соотвмтствии с ним оптическом зеркало имммт неудовлетворительные удельные вмсовЫе параметры.Наиболее близким к предложенному по своей технической сущности явля" ется оптическое зеркало, содмржащмм стеклянную основу с полостями или бмз них, на рабочей полированной повмрхности которой нанесено отражаю" щмм покрытие.В стеклянной основе такого зеркала могут быть выполнмны полости, которым формируются либо при отливке заготовки путем установки в форму литейных стержней иэ пмнообразного огнеупорного материала, либо путем высрмрливания. Благодаря этому, вмс зеркала может быть уменьшен на 50- 70 при весьма незначительном уменьшмнии мго жесткости Г 2,3 96070Однако для решения ряда задач даже выполнение полостей в основе зеркала не позволяет обеспечить требуемых удельных весовых параметров,что обусловлено большим удельным весом материалов, используемых при изготовлении основ зеркап.Известен также способ изготовления указанного зеркала, заключающийся в получении стеклянной заготовки, 10формировании из нее основы зеркалас полостями или без них, образовании путем шлифовки и полировки еерабочей поверхности и нанесении наэту поверхность отражающего покрытия 121.Недостатком такого способа является то, что в ряде случаев он необеспечивает требуемых удельных весовых параметров изготовленного 8 со Оответствии с ним оптического зеркала,Цель изобретения - обеспечениевозможности улучшения удельных весовых параметров зеркала.Поставленная цель достигается тем, 5что стеклянная основа оптическогозеркала с полостями или без нихна рабочей полированнои поверхностикоторой нанесено отражающее покрытие,выполнена из монодисперсного пористого кварцевого стекла с суммарнойпористостью 30 о 50 и средним радиусомпор 1000-2000 А, а рабочая полированная поверхность основы выполненана спеченном с ней слое,имеющемтолщину 0,1-2 мм.,При этом в способе35изготовления зеркала, заключающемсяв получении стеклянной заготовки,формировании из нее основы зеркалас полостями или без них, образовании40путем шлифовки и полировки ее рабочей поверхности и нанесении на этуповерхность отражающего покрытия,заготовку, выполненную иэ 10 с примесями, выщелачивают до получениямонодисперсного кварцевого стекла,45отжигают эту заготовку при 550-650 Св течение МОмин, после формирования основы в ее приповерхностный слой вводят примесь, способную образовывать с кварцем легкоплавкое си ликатное стекло, а затем основу с на. несенной примесью нагревают до температуры, меньшей температуры отжига, но большей температуры плавления легкоплавкого силикатного стек ла, и выдерживают при этой температуре в течение 20-30,минут до образования спеченного слоя, на котором 6 4формируют рабочую полированную поверхность.На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого зеркала.Оптическое зеркало состоит из основы 1, выполненной из монодисперсного пористого кварцевого стекла ссуммарной пористостью 30-503 и средним радиусом пор 1000-2000 l спеченного с основой 1 слоя 2, выполненного иэ легкоплавкого силикатного стекла и имеющего толщину 0,1-2 мм, а тактакже отражающего покрытия 3, выполненного из алюминия и нанесенногона рабочую полированную поверхность11 слоя 2.Иикрополости, образованные порами в материале основы 1, обеспечивают при прочих равных условиях снижение удельных весовых параметровзеркала в 1,5-2 раза по сравнению сизвестными конструкциями, а наличиеспеченного слоя 2 позволяет получитькачественную полировку рабочей поверхности ц. Наряду с этим высокаямонодисперсность пор стекла создаетусловия для обеспечения макрооднородности основы 1, При этом материалосновы 1 обладает высокой термомеханической прочностью, а его упругиехарактеристики и коэффициент температурного расширения близки ксоответствующим характеристикамкварцевого стекла,В основе 1 зеркала могут быть выполнены полости 5 или сквозное круглое отверстие, расположенное в центре основы (на чертеже не показано),При этом полости 5 целесообразно выполнять, если диаметр зеркала превышает 0,5 м, В противном случае предпочтительнее вторая конструкция, позволяющая существенно упростить технологию изготовления зеркала при обеспечении требуемых удельных весовых параметров,В случае выполнения полостей 5в основе 1 ее тыльная сторона закрывается диском 6, который изготовлениз материала, идентичного материалуосновы 1. При этом диск 6 спекаетсяс основой 1 с помощью слоя иэ легкоплавкого силикатного стекла (на чертеже не показан), .Отношение высотыН основы 1 к ее диаметру О, как правило, равно 1:6,Способ изготовления оптическогозеркала осуществляется следующим образом.5 960706 до образования спеченного слоя 2. В процессе нагрева расплавленные компоненты всасываются в поры основыи образуют с 510 сплошной слой 2 легкоплавкого силикатного стекла. Толщина спеченного слоя 2 задается количеством напыленных компонентов. При этом толщина, меньшая О,1 мм, недостаточна для формирования рабочей поверхности, а создавать спеченный слой 2 с толщиной, превышающей 2,0 мм, технологически нецелесообразно. В случае выполнения в основе 1 полостей 5 соединение диска 6; с основой 1 совмещают с операцией создания спеченного слоя 2. Далее на спеченном слое 2 путем его шлифовки и окончательной полировки Формируют рабочую поверхность 4 зеркала, после чего на нее наносят отражающее покрытие 3, выполненное, например, из алюминия. Следует отметить, что спеченный слой 2 может быть по" лучен и непосредственным спеканием пористого кварцевого стекла, например путем воздействия локализованным источником тепла (лазер и т,п.)Таким образом, благодаря использованию в качестве материала основы монодисперсного пористого кварцевого стекла вес зеркала при наличии в нем полостей может быть уменьшен на 30 по сравнению с весом известных сотовых или ячеистых конструкций и на 80/ по сравнению с весом монолитных зеркал, что открывает широкие возможности для создания новых крупногабаритных оптических зеркал с минимальным весом и улучшенными термомеханическими .характеристиками призначительном снижении их стоимости. Оптическое зеркало, содержащее стеклянную основу с полостями или без них, на рабочей полированной поверхности которой нанесено отража" ющее покрытие, о т л и ч а ю щ ее с .я тем, что, с целью улучшения удельных весовых параметров зеркала, основа выполнена из монодисперсного пористого кварцевого стекла с суммар, ной пористостью 30-50 и средним радиусом пор 1000-2000 А, а рабочая полированная поверхность основы выполнена на спеченном,с ней слое, имеющем толщину 0,1-2 мм.2, Способ изготовления оптического.зеркала, заключающийся в полуПредварительно варят силикатное стекло, имеющее следующий состав, вес,4: Ма О 7, ВО., 23 и 510 70. Полученную стекломассу заливают в форму, соответствующую требуемой форме и размерам основы 1 зеркала. На этом этапе в заготовке могут быть сформированы полости 5 или центральное круглое отверстие. После охлаждения заготовку подвергают термообработке и выщелачивают ее в Зн. соляной кислоте при 50 С для раствоорения щелочной Фазы. После окончания процесса выщелачивания в кислоте заготовку промывают в дистиллированной воде, а затем подвергают обработке в щелочи для увеличения размеров пор и увеличения пористости,Для этого ее помещают в 0,5 н, МаОН и выдерживают при 20-25 ф С 24 ч, Затем заготовку промывают в дистиллированной воде и сушат сначала на воздухе при комнатной температуре не менее суток, а потом в сушильномшкаФу при 120-150 С в течение 1-2 ч,оВ результате получают заготовку -представляющую собой пористый каркас, содержащий 964 5 О . После выщелачивания заготовку отжигают при. 550-650 С в течение 40-80 мин, врезультате чего материал заготовкиприобретает необходимую термомеханическую стабильность, Модуль Юнгадостигает при этом значений порядка 35000 кг/см. Кроме того, важным является и способность материала заготовки выбирать внутренние меха-. нические напряжения на его границе со спеченным слоем, Из полученной пористой заготовки путем ее механической обработки, целью которой являются обеспечение заданных габаритов и предварительная подготовка рабочей поверхности, формируют основу 1 зеркала,После Формирования основы 1.на предварительно подготовленную рабочую поверхность пульверизатором наносят раствор, содержащий РЬО, ВО и ЕпО в соотношении 64:22:14, Эти компоненты представляют собой примесь, способную образовывать с 50 легкоплавкое силикатное стекло с температурой плавления примерно 4150 С. Затем основу 1 с нанесенным раствором нагревают до температуры, меньшей температуры отжига, например до 430 С, и выдерживают при этой температуре в течение 20-30 мин 5 0 20 25 30 35 Формула изобретения7 9 чении стеклянной заготовки, формировании из нее основы зеркала с полостями или без них, образовании путем шлифовки и полировки ее рабочей поверхности и нанесении на эту поверхность отражающего покрытия, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности улучшения удельных весовых параметров зеркала, заготовку, выполненную из 51( с примесями, выщелачивают до получения монодисперсного кварцевого стекла, отжигают эту заготовку при 550-б 50 фС в течение 40-80 мин, после формирования, основы в ее приповерхностный слой вводят примесь, способную образовывать с кварцем легкоплавкое силикатное стекло, а затем основу с нанесенной примесью нагревают до температуры, меньшей темпе 60706 .8ратурыотжига, но большей температуры плавления легкоплавкого силикатного стекла, и выдерживают приэтой температуре в течение 20-30 миндо образования спеченного слоя, накотором формируют рабочую полированную поверхность,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе01. Плотников В.С., Варфоломеев Д.И., Пустовалов В,Е, Расчет иконструирование оптико-механическихприборов. М., "Машиностроение", 1972,с. 89-90.1 ф 2, Ванюшкин Ю,А., Денисюк Г,В.Возможиые пути, разработки легкихвысококачественных крупногабаритныхзеркал. " "Оптико-механическая промышленность", 1975, И 1, с, 56(прототип),Составитель В.Кравченкоахтар С,Патрушева Техред М.Рейвес Корре Бокшан 11 одптета СССРткрытийая наб д,ент, г. Ужгород, ул. Проектна лиал ЛЛ Заказ 7270 5 Тираж 51 ис ВНИИЛИ Государственного коми по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушск /5