Власники патенту RU 2403595:
Федеральне державне унітарне підприємство "Центральний науково-дослідний інститут матеріалів", ФГУП "ЦНІІМО" (RU)
Винахід відноситься до області оптичного машинобудування і може бути використано в лазерній техніці, в системах оптичної локації та інших областях оптичного машинобудування. Дзеркало складається з підкладки, розділового і відображають шарів. Підкладка виконана з композиційного матеріалу, що містить, об.%: Алмаз - 50-75, карбід кремнію - 20-45, кремній - 3-20. Розділовий шар виконаний, об.%: Карбід кремнію - 10-35 і кремній - 65-90. Спосіб включає виготовлення підкладки, формування на її поверхні розділового шару з подальшими оптичної обробкою поверхні і нанесенням шару, що відображає, при цьому розділовий шар отримують шляхом просочення рідким кремнієм пористої углеволокністого заготовки, вміщеній на поверхню підкладки. Технічний результат - підвищення експлуатаційних властивостей, спрощення технології виготовлення дзеркала. 2 н. і 1 з.п. ф-ли, 1 табл. 1 мул.
Винахід відноситься до області оптичного машинобудування, а більш конкретно - до області виготовлення оптичних дзеркал, і може бути використано в області лазерної техніки, оптоелектроніки, інформаційної та силової оптики, в системах оптичної локації і пошуку.
Для отримання високоякісних зображень в широкому діапазоні робочих температур і термічних впливів дзеркало повинно мати високу питому жорсткістю, теплопровідністю, низьким температурним коефіцієнтом лінійного розширення (ТКЛР) і високим ступенем відображення в необхідному інтервалі довжин хвиль. Тому конструкція ефективних дзеркал передбачає формування тонкого шару, що відображає, з необхідним ступенем відображення в заданому спектральному діапазоні на поверхні підкладки, виготовленої з матеріалу з високою питомою жорсткістю, високою теплопровідністю і низьким ТКЛР. Для сполучення відбиває шару з підкладкою між ними формують розділовий шар.
Недоліками відомого дзеркала є недостатньо висока питома жорсткість підкладки з вуглець-вуглецевого матеріалу і її низька теплопровідність. Крім того, виготовлення підкладки з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу досить складно і вимагає тривалого часу. Це пов'язано зі складністю виготовлення армуючого каркаса тривимірної просторової орієнтації послідовної викладкою шарів вуглецевої тканини і подальшої прошивкою пакета шарів в перпендикулярному напрямку, а також дуже великою тривалістю синтезу вуглецевої матриці (сотні годин).
Завданням винаходу є підвищення експлуатаційних характеристик дзеркала в поєднанні зі спрощенням технології виготовлення підкладки.
Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в дзеркалі, що включає підкладку, виконану з вуглець композиційного матеріалу, розділовий шар і шар, що відображає, композиційний матеріал, з якого виготовлена підкладка, має склад: алмаз - 50-75 об.%, Карбід кремнію - 20 -45 об.%, кремній - 3-20 об.%, розділовий шар містить карбід кремнію - 10-35 об.% і кремній - 65-90 об.%, а карбід кремнію в роздільному шарі утворений за рахунок взаємодії вуглецевих волокон з кремнієм. Спосіб отримання такого дзеркала включає в себе отримання підкладки з вуглець композиційного матеріалу, формування на його поверхні розділового шару, подальшу оптичну обробку розділового шару і нанесення відбиває шару, при цьому в якості матеріалу підкладки використовують композиційний матеріал складу: алмаз - 50-75 об.% , карбід кремнію - 20-45 об.%, кремній - 3-20 об.%, а розділовий шар формують шляхом просочення рідким кремнієм пористої углеволокністого заготовки, вміщеній на поверхню підкладки.
Кращим є використання для формування розділового шару углеволокністого заготовки з пористістю 80-95 об.%.
Технічне рішення пояснюється кресленням, на якому зображений поперечний розріз дзеркала, де 1 - шар, що відображає, 2 - розділовий шар на основі сполуки кремнію, 3 - підкладка з алмазовмісного композиційного матеріалу.
Сутність запропонованого технічного рішення полягає в наступному.
У дзеркалі, що представляє собою тришарову конструкцію, що включає підкладку 3, розділовий шар 2 і відображає шар 1, застосовуваний для виготовлення підкладки дзеркала композиційний матеріал є трифазним і складається з алмазу, карбіду кремнію і кремнію. Всі фази, складові матеріал, володіють високим модулем пружності (1100 ГПа, 450 ГПа, 110 ГПа відповідно), низькою щільністю (3,5 г / см 3; 3,2 г / см 3; 2,3 г / см 3 відповідно) , високою теплопровідністю (більше 1000 Вт / (м · К), 100 Вт / (м · К), 150 Вт / (м · К) відповідно). Їх взаємне поєднання забезпечує даному композиту виключно високі властивості. Модуль пружності матеріалу (Е) - 600-800 ГПа, щільність (ρ) - 3,3-3,4 г / см 3. питома жорсткість E / ρg = (18 ÷ 23) · 10 6 м, де g - прискорення вільного падіння 9,8 м / сек 2. Теплопровідність композиційного матеріалу підкладки - (400-600) Вт / (м · К), ТКЛР - (2-2,5) · 10 -6 К -1.
На поверхні підкладки сформований розділовий шар, що складається з карбіду кремнію і кремнію. Вибір такого розділового шару обумовлений декількома причинами.
Що входить до складу розділового шару кремній має високу адгезію до поверхні підкладки. Це пов'язано з тим, що в структуру композиційного матеріалу підкладки також входить кремній, який забезпечує міцне закріплення розділового шару на підкладці за рахунок взаємного проникнення кремнієвого каркаса між розділовим шаром і підкладкою.
Що відображає шар нанесений на поверхню полірованого до дзеркального стану розділового шару.
Таким чином, поєднання в пропонованому технічному рішенні композиційного матеріалу, який володіє комплексом високих механічних і теплофізичних властивостей, гарну адгезію до роздільним шару, ізотропної структурою з фізичними властивостями, однаковими в усіх напрямках, і розділового шару, отримання і подальша обробка якого високотехнологічна, забезпечує помітні переваги виготовляється дзеркала в порівнянні з відомими, а саме:
- жорсткісні характеристики забезпечують отримання необхідної форми оптичної поверхні і її стійкості при експлуатації,
- висока теплопровідність підкладки дозволяє значно зменшити вплив температури на спотворення форми оптичної поверхні,
- надійна конструкція, простий і економічний процес реалізації дозволяє виготовляти дзеркала складної форми (зі структурою полегшення) і великих габаритів.
В результаті отриманих властивостей підвищуються експлуатаційні характеристики пристроїв, до складу яких входить дзеркало. Істотно спрощується технологія виготовлення дзеркала.
Приклад реалізації пропонованого технічного рішення.
Дзеркало діаметром 60 мм і висотою 7 мм виготовляють наступним чином. Готують шихту, що складається з алмазу з розміром зерен 100-80 мкм (59 мас.%), Алмазу з розміром зерен 20-14 мкм (39 мас.%), Фенолформальдегидной смоли (2 мас.%). Шихту пресують у вигляді диска діаметром 60 мм і висотою 6 мм при тиску 100 МПа. Після пресування заготовку при термообробці при 160 ° С протягом двох годин для затвердіння смоли. Отриману заготівлю просочують рідким кремнієм при 1600 ° С. Після видалення з поверхні надлишків кремнію піскоструминної обробкою отримують підкладку дзеркала. Отримана підкладка сформована з алмазовмісного композиційного матеріалу.
Після цього на поверхню підкладки наносять розділовий шар наступним чином. На поверхні підкладки розташовують углеволокністого заготовку діаметром 60 мм і товщиною 2 мм з вуглецевого повсті з пористістю 91 об.%. Углевлокністую заготовку просочують кремнієм при температурі 1500 ° С шляхом його розплавлення безпосередньо на поверхні заготовки, що знаходиться на підкладці. При цьому отримують двошаровий зразок, нижній шар якого (підкладка) має склад: алмаз - 62 об.%, SiC - 32 об.%, Si - 6 об.%, А верхній шар (розділовий шар) має склад: карбід кремнію - 17 про.%, кремній - 83 об.%.
Потім поверхню розділового шару шліфують до товщини 1 мм і полірують до дзеркального стану. Після цього на поверхню наносять шар, що відображає, наприклад, зі срібла. Виготовлене дзеркало пройшло випробування за стандартними методиками (див. Наприклад, патент РФ 2151126, результати якого представлені в таблиці.
Винахід відноситься до області оптики, зокрема до систем відображення електромагнітного випромінювання, в тому числі виборчого по частоті, і може бути використано при створенні оптичних відображають систем в лазерах, наприклад, напівпровідникових, в експериментальній фізиці і ін.
Винахід відноситься до термостабільність багатошаровому дзеркала для крайнього (короткохвильового) ультрафіолетового (УФ) спектрального діапазону і може бути використано в якості нагрівається колекторного дзеркала джерела випромінювання крайнього УФ-діапазону
Винахід відноситься до космічної техніки, зокрема до розгортається (розкривається) великогабаритним рефлектора, дзеркальний відбивач (параболоїд обертання) яких, наприклад, має діаметр 12 м
Інфрачервоний відбивач складається з металевої підкладки, яка характеризується тим, що вона покрита шаром нітриду цирконію та хрому загальної формули (ZrxCr1-x) 1-yNy з х в діапазоні від 0,15 до 0,7 і y в діапазоні від 0,01 до 0,265 . Спосіб отримання включає отримання металевої підкладки; нанесення на дану підкладку шару нітриду цирконію та хрому методом фізичного осадження з парової фази з використанням: цілі, що включає від 15 до 70% за вагою цирконію, з іншою частиною, що складається з хрому і домішок, неминучих в процесі обробки, і інжектування азоту з нейтральним газом-носієм в відношенні від 4/16 до 16/16 з одночасним напиленням цирконію та хрому. Технічний результат: створення інфрачервоного відбивача, що володіє одночасно високою теплоотражательной здатністю і високою стійкістю до дії високих температур в корозійних або окисних середовищах. 3 н. і 14 з.п. ф-ли.
Винахід відноситься до покриттів космічних дзеркал, конкретніше до заскловування заготовок космічних дзеркал, що забезпечують можливість отримання високоякісної оптичної поверхні дзеркал. Запропоновано покриття для заготовки космічного дзеркала, що представляє собою скло наступного складу, мас.%: SiO2 - 44-61; B2O3 - 8-20; Al2O3 - 5-19; CaO - 3-12; Sb2O3 - 0,3-0,7; V2O5 - 2-11; Nb2O5 - 1-7; MoO3 - 0,2-4 і F - 1,5-6. Технічний результат - склад матеріалу забезпечує можливість отримання високоякісної оптичної поверхні безпосередньо на підкладках з карбідкремнійових матеріалів. 2 табл.
Винахід відноситься до області оптичного приладобудування і стосується способу виготовлення дзеркала для рентгенівського телескопа. Спосіб включає в себе нанесення методом гальванопластики на заготовку з алюмінієвого сплаву шару з нікелевого сплаву і доведення робочої поверхні заготовки шляхом її полірування до необхідної шорсткості в кілька етапів на шліфувальному стенді із застосуванням абразивного складу. Дисперсність абразивного складу зменшують на кожному наступному етапі, а на останньому етапі в якості абразивного складу використовують смолу. Після полірування виробляють зняття оболонки з нікелевого сплаву і наносять на внутрішню поверхню оболонки відображає шар. Технічний результат полягає в можливості забезпечення необхідної гладкості робочої поверхні дзеркальної оболонки без виконання жорстких вимог до точності виставлення полірувального інструменту. 1 мул.
Винахід використовується при фінішній обробці і контролі великогабаритних дзеркал телескопів. Дзеркало встановлюють на координатний верстат з обертовим столом тильною поверхнею вгору. У місцях розташування допоміжних елементів приклеюють на наклеечную смолу опорні металеві кільця, встановлюють в них юстувальні кільця, які позиціонують на координатному верстаті і фіксують потім притискними гвинтами до опорних кілець. Вставляють в юстувальні кільця напрямні знімні втулки і з їх допомогою приклеюють до дзеркала допоміжні елементи, після чого відкручують юстувальні кільця і знімають опорні кільця або шляхом збивання дерев'яним молотком або взявши їх після нагрівання і розм'якшення наклеечной смоли. Технічним результатом винаходу є суттєве спрощення конструкції пристроїв для приклеювання і процесупозиціонування елементів, підвищення точності позиціювання і скорочення часу виконання операції по приклейці. 2 мул.
Винахід може використовуватися в багатошарових комбінованих покриттях дзеркальних космічних антен з рефлекторами з полімерного композиційного матеріалу - вуглепластика. Багатошарове покриття містить три послідовних шару з рівномірною товщиною: нижній дзеркальний металевий радіоотражающій скін-шар з чистого алюмінію, проміжний захисний терморегулювальний діелектричний шар з діоксиду цирконію і верхній захисний зносостійкий високоміцний алмазоподібні вуглецевий шар. Технічний результат - забезпечення роботи в екстремальних умовах відкритого космосу за рахунок використання тонкої підкладки-оболонки з полімерного композиційного матеріалу - вуглепластика. 2 з.п. ф-ли, 1 мул.
Винахід відноситься до способу виготовлення заготовки светоотражающего елемента для оптичних систем, що включає попередню хіміко-механічну обробку поверхні сложнопрофільних деталей, формування металізованого шару, що відображає. При цьому формування металізованого светоотражающего шару на основі іридію виробляють після зняття репліки, після нанесення послідовно подслоя хімічного цинку, нанесення нікель-фосфорного шару завтовшки до 200 мкм, який піддають термообробці в діапазоні температур 110-400 ° C і високоінтенсивної полірування до 6-8 Å з отриманням дублюється поверхні матриці, з наступним формуванням несучого шару гальванічного нікелю з сульфамінової електроліту наступного складу (г / л): нікель сульфамінової 300-400; нікель хлористий 12-15; кислота борна 25-40; натрій лаурилсульфат 0,01-0,1; сахарин 0,008 при щільності струму 2,5 А / дм 2, температурі 55-60 ° C протягом 8 годин, після чого отриману металізовану репліку знімають з матриці методом термоудара, а власне світловідбиваючий шар іридію наносять методом високоточного катодного напилення на внутрішню поверхню нікелевої репліки з освітою тонкостенного светоотражающего елемента для подальшої установки його в оптичну систему. Використання справжнього способу дозволяє забезпечити підвищення оптичних і геометричних показників, показників адгезії нікель-фосфорного покриття до матриці і його механічної міцності. 1 пр. 1 мул.
Надати фінансову допомогу
проекту FindPatent.ru