一种碳纤维复合材料反射镜制备工艺的制作方法

本发明涉及光学元件制备技术领域，具更具体的，涉及一种碳纤维复合材料反射镜制备工艺。

背景技术：

碳纤维复合材料属于碳纤维增强树脂基复合材料，以其密度低、比刚度高、比强度高等优点，作为新一代光学反射镜镜体材料被广泛研究。碳纤维复合材料反射镜多数通过模压复印模具光学级镜面制备而成。现有制备技术铺贴工艺中存在铺层角度误差，无法保证准各向同性铺贴，导致面形存在较大像散像差，以及存在印透等问题，最终导致碳纤维复合材料反射镜坯无法直接镀膜应用。为解决该问题，目前，采用最多的是在碳纤维复合材料反射镜坯表面镀金属层，通过加工金属层达到面形精度要求，但碳纤维复合材料反射镜坯导电性差、曲面镜坯镀层金属存在较大内应力等问题导致镀层工艺较难以实现预期目的。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有的技术缺陷，提供一种复合材料反射镜制备工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种碳纤维复合材料反射镜制备工艺，包括步骤如下：

步骤一、采用与碳纤维复合材料反射镜匹配的铟钢为材料，制备与待制备的碳纤维复合材料反射镜镜面结构相同的模具，模具表面面形精度优于待制备的碳纤维复合材料反射镜面形要求；

步骤二、采用镀层工艺，在模具表面电镀一层金属层；金属层厚度小于100微米；

步骤三、采用可实现表面粗糙度增大的物理或化学方法，对金属层未与模具结合的一面进行处理，使其完全粗化；

步骤四、按照铺层设计、铺层工艺要求，将碳纤维复合材料预浸料铺贴于金属层粗化面上，将铺贴好的碳纤维复合材料预浸料固化成型，脱模，得到金属层和碳纤维复合材料基底一体化的碳纤维复合材料反射镜镜坯；

步骤五、对碳纤维复合材料反射镜镜坯进行研磨、表面镀金属反射膜，得到碳纤维复合材料反射镜。

进一步的，所述的金属层厚度为80微米。

进一步的，所述的金属层为银层。

进一步的，所述步骤二中，镀层工艺为电镀、化学镀等可实现金属表面镀致密金属层工艺。

进一步的，所述步骤四中，将铺贴好的碳纤维预浸料采用真空袋工艺固化成型。

本发明的有益效果在于：解决了碳纤维复合材料反射镜坯无法直接镀膜应用、碳纤维复合材料导电性差导致无法直接镀层等问题。本发明的制备工艺，先采用导电性好及热稳定性好与碳纤维复合材料反射镜匹配的材料，制备与待制备的碳纤维复合材料反射镜镜面结构相同的模具，且模具的表面面形精度优于待制备的碳纤维复合材料反射镜面形要求；在模具上镀金属层，并在金属层上铺贴碳纤维预浸料，然后进行固化成型，脱模，得到金属层和碳纤维复合材料基底一体化的碳纤维复合材料反射镜镜坯，最后对碳纤维复合材料反射镜镜坯的金属层进行表面加工，镀金属反射膜，得到碳纤维复合材料反射镜。该制备工艺简单易行、可一体化成型。

附图说明

图1为本发明一个实施例的碳纤维复合材料反射镜制备工艺的步骤一示意图；

图2为本发明一个实施例的碳纤维复合材料反射镜制备工艺的步骤二示意图；

图3为本发明一个实施例的碳纤维复合材料反射镜制备工艺的步骤四脱模前示意图；

图4为本发明一个实施例的碳纤维复合材料反射镜制备工艺的步骤四脱模后示意图；

图5为本发明一个实施例的碳纤维复合材料反射镜制备工艺的步骤五示意图；

附图标记：

1、模具，2、金属层，3、碳纤维复合材料基底，4、金属反射膜

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1至图5所示，本发明的碳纤维复合材料反射镜制备工艺，步骤如下：

步骤一、采用导电性及热稳定性好与碳纤维复合材料反射镜匹配的材料，制备与待制备的碳纤维复合材料反射镜镜面结构相同，即口径、曲率半径皆相同的模具1，模具表面面形精度优于待制备的碳纤维复合材料反射镜面形要求；

步骤二、采用镀层工艺，在模具1表面电镀一层金属层2；其中，金属层厚度控制在百微米以内，越薄越好。

步骤三、采用可实现表面粗糙度增大的物理或化学等方法，对金属层2未与模具1结合一面进行处理，使此表面完全粗化；

步骤四、按照铺层设计、铺层工艺要求，将碳纤维复合材料预浸料铺贴于金属层2粗化面上，将铺贴好的碳纤维预浸料固化成型，脱模，得到金属层2和碳纤维复合材料基底3一体化的碳纤维复合材料反射镜镜坯；

步骤五、对碳纤维复合材料反射镜镜坯进行研磨、表面镀金属反射膜4，得到碳纤维复合材料反射镜。

实施例1

待制备的长波红外碳纤维反射镜参数如下：厚度为4.8mm，直径为200mm，曲率半径为700mm、面形精度rms为λ/40(λ＝10.6μm)。

上述长波红外碳纤维反射镜的制备工艺为：

步骤一、采用铟钢为材料，磨削加工，制得直径为200mm，曲率半径为700mm，面形为λ/50(λ＝10.6μm)的凹面反射镜模具1；

步骤二、采用镀层工艺，在模具1表面电镀一层银层2，厚度为80μm；

步骤三、采用砂纸等可实现表面粗糙度增大的工具，对银层2未与模具1结合一面进行处理，使此表面完全粗化；

步骤四、按照铺层设计、铺层工艺要求，将碳纤维复合材料预浸料铺贴于金属层2粗化面上，将铺贴好的碳纤维预浸料采用真空袋工艺固化成型，脱模，得到一体化的碳纤维复合材料反射镜镜坯；

步骤五、对碳纤维复合材料反射镜镜坯进行研磨，得到面形为λ/40(λ＝10.6μm)凹面碳纤维反射镜镜坯并在表面镀金属反射膜4，得到碳纤维复合材料反射镜。

对得到的得到碳纤维凹面反射镜进行检测，测得面形为λ/40(λ＝10.6μm)，满足设计要求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种碳纤维复合材料反射镜制备工艺，采用与碳纤维复合材料反射镜匹配的铟钢为材料，制备与待制备的碳纤维复合材料反射镜镜面结构相同的模具；在模具表面电镀一层金属层；采用可实现表面粗糙度增大的物理或化学方法，对金属层未与模具结合的一面进行处理，使其完全粗化；按照铺层设计、铺层工艺要求，将碳纤维复合材料预浸料铺贴于金属层粗化面上，将铺贴好的碳纤维复合材料预浸料固化成型，脱模，得到金属层和碳纤维复合材料基底一体化的碳纤维复合材料反射镜镜坯；对碳纤维复合材料反射镜镜坯进行研磨、表面镀金属反射膜，得到碳纤维复合材料反射镜。该制备工艺简单易行、可一体化成型。

技术研发人员：程路超;张玥;宫鹏;刘震宇;何锋赟
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2018.11.26
技术公布日：2019.04.05