专利名称：高体积分数的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高体积分数的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法。尤其是铝碳化硅复合材料反射镜镜坯的研磨、镀层沉积速率控制及反射镜镜面光学研磨工艺。
背景技术：
铝碳化硅复合材料具有质量轻、热导率高、热膨胀系数低、比强度高等特点，广泛应用于电子封装和精密仪器关键部件制造。已有报道的光学反射镜采用36%体积分数碳化硅的铝碳化硅复合材料反射镜坯化学镀镍磷的报道，是采用二次浸锌、碱性化学镀镍后再酸性化学镀镍磷。化学镀镍磷合金后，镀层具有耐酸、耐碱、耐磨及硬度高等特点，但这种工艺方法较复杂。反射镜是由低体积分数的铝碳化硅复合材料加工制成的，其热膨胀系数在10X10_6/k左右。一般的研磨方法用于铝碳化硅复合材料镍磷镀层研磨，镀层表面划痕多，反射镜面易产生光圈。其应用范围较小，不能适用于汽车工业和空间技术用的反射镜面。目前汽车工业和空间技术发展迅速，迫切需要一种热膨胀系数小于8. 5X10_6/k，反射率为96%，反射镜面无光圈的高体积分数碳化硅颗粒增强的铝基复合材料(简称高体积分数的铝碳化硅复合材料)反射镜。申请人已申请的中国专利申请号201110101412.0公开了一种制备高体积分数铝基碳化硅颗粒增强复合材料方法以及201110259096. X公开了一种铝碳化硅复合材料表面化学镀镍磷合金工艺，但是目前还没有报导整个高体积分数的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法。本发明的目的在于提供一种体积分数为70%的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法。以实现其热膨胀系数小于8. OX 10_6/k;能使反射镜的面形变形极小，粗糙度低，使反射镜的反射率为96%以上，反射镜面无光圈；适用范围广，能适用于汽车工业和空间技术用的反射镜。本发明的技术方案是包括以下步骤
(1)用体积分数为70%的铝碳化硅复合材料制备反射镜镜坯，其热膨胀系数为 7. 5 X IO^6A ；
(2)镜坯的粗磨在平面磨床用180目金刚石砂轮粗磨；若用高于180目金刚石砂轮粗磨，则砂轮易堵塞；低于180目金刚石砂轮粗磨，则粗糙度达不到要求，为后续精磨带来困难；
(3)镜坯的第一次热处理，在温度为300 350°C保温60分钟，随炉冷却；否则，铝碳化硅复合材料的晶粒会长大，热膨胀系数增大；
(4)镜坯的精磨在平面磨床用2000目金刚石砂轮精磨镜坯的基准面和另一面；
(5)镜坯的稳定化处理
①将镜坯放入加热炉内，在150 250°C，保温3 5小时；
②快速将镜坯取出放入保温桶中，加入-180 220°C液氮，并高出镜坯顶部25 40讓，保温1 3小时；
③取出镜坯再放入加热炉内，在150 250°C，保温3 5小时；④按照②步和③步重复操作一次，随炉冷却；
(6)镜坯的再研磨用研磨机和0.5 1 μ m的Al2O3磨料对镜坯进行研磨，使平面度达到0. 008 0. 01 mm,表面粗糙度达到RaO. 02 μ m ；
(7)镜坯的化学镀镍磷合金，控制PH为3.5 4. 0，施镀温度为80 85°C，镀速为 3. 5 5. 0 μ m/hr ；达到镀层 100 120 μ m ；
(8)第二次热处理，在温度350士20°C保温60分钟，随炉冷却；
(9)光学研磨采用研磨机和0.3 0. 5 μ m的Al2O3磨料对反射镜镀层进行研磨，达到 RaO. 012 μ m。所述反射镜的尺寸为150 X 150 X 10mm。本发明对体积分数为70%的铝碳化硅复合材料反射镜镜坯进行磨加工，热处理， 精磨再研磨，保证反射镜平面度和粗糙度；通过控制镀液的PH值和施镀温度，达到镀层镍磷合金结晶细小；对镀层热处理增加镀层硬度，便于光学研磨；所制备的体积分数为70%的铝碳化硅复合材料反射镜反射率达97%，反射镜面无光圈；热膨胀系数为7. 5X10_6/k，热导率为180W/m.K。本发明工艺简单、操作方便成本低，适用面广，可实现工业化生产。
具体实施例方式下面结合实例对本发明作进一步说明。实施例1
(1)选用体积分数为70%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料制备反射镜镜坯镜坯尺寸为 150X150 X IOmm ；
(2)镜坯的粗磨在平面磨床用180目金刚石砂轮粗磨，RaO.2μπι ；
(3)第一次热处理，在温度300°C保温60分钟，随炉冷却；
(4)精磨再用平面磨床和2000目金刚石砂轮精磨基准面和另一面，达到 RaO. 02 μ m ；
(5)镜坯的稳定化处理，①将镜坯放入加热炉内，升温至190°C，保温4小时后；②快速将镜坯取出放入保温桶中，从保温桶的底部加入液氮(_196°C )，液氮高出镜坯最高点 30mm,在这种状态下保2小时后；③取出镜坯放入加热炉内再升温至190°C，保温4小时；④ 再将镜坯取出，放入保温桶中，按照②步和③步重复操作一次；随炉冷却
(6)镜坯的再研磨用研磨机和1μ m的Al2O3磨料对镜坯进行研磨，使平面度达到0. 008 mm,表面粗糙度达到RaO. 02 μ m ；
(7)镜坯的化学镀镍磷合金，控制PH为4.0，施镀温度为85°C，镀速为3. 5 μ m/hr ；达到镀层 120μπι;
(8)第二次热处理，在温度350°C保温60分钟，随炉冷却；
(9)光学研磨采用研磨机和0.5 μ m的Al2O3磨料对反射镜镀层进行研磨，达到平面度为 0. 008 mm, RaO. 012 μ m。通过以上步骤制备的铝碳化硅复合材料反射镜，镀层经400°C，保温60分钟后水淬，镀层没有脱落，也没有产生裂纹和起泡；取样测量铝碳化硅复合材料的物理性能，热膨胀系数为7.5X10_6/k，热导率为180W/m.K。经实际应用，反射率达97%，反射镜面无光圈。
权利要求
1.高体积分数的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)用体积分数为70%的铝碳化硅复合材料制备反射镜镜坯；(2)镜坯的粗磨在平面磨床用180目金刚石砂轮粗磨；(3)镜坯的第一次热处理，在温度为300 350°C保温60分钟，随炉冷却；(4)镜坯的精磨在平面磨床用2000目金刚石砂轮精磨镜坯的基准面和另一面；(5)镜坯的稳定化处理①将镜坯放入加热炉内，在150 250°C，保温3 5小时；②快速将镜坯取出放入保温桶中，加入-180 220°C液氮，并高出镜坯顶部25 40讓，保温1 3小时；③取出镜坯再放入加热炉内，在150 250°C，保温3 5小时；④按照②步和③步重复操作一次，随炉冷却；(6)镜坯的再研磨用研磨机和0.5 1 μ m的Al2O3磨料对镜坯进行研磨，使平面度达到0. 008 0. 01 mm,表面粗糙度达到RaO. 02 μ m ；(7)镜坯的化学镀镍磷合金，控制PH为3.5 4. 0，施镀温度为80 85°C，镀速为 3. 5 5. 0 μ m/hr ；达到镀层 100 120 μ m ；(8)第二次热处理，在温度350士20°C保温60分钟，随炉冷却；(9)光学研磨采用研磨机和0.3 0. 5 μ m的Al2O3磨料对反射镜镀层进行研磨，达到 RaO. 012 μ m。
2.根据权利要求1所述的高体积分数的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法，其特征在于，所述镜坯的稳定化处理包括①将镜坯放入加热炉内，升温至190°C，保温4小时后； ②快速将镜坯取出放入保温桶中，从保温桶的底部加入液氮(_196°C )，液氮高出镜坯最高点30mm，在这种状态下保2小时后；③取出镜坯放入加热炉内再升温至190°C，保温4小时； ④再将镜坯取出，放入保温桶中，按照②步和③步重复操作一次；随炉冷却
3.根据权利要求1所述的高体积分数的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法，其特征在于，所述反射镜的尺寸为150 X 150 X 10mm。
全文摘要
高体积分数的铝碳化硅复合材料反射镜的制备方法。包括(1)用体积分数为70%的铝碳化硅复合材料制备反射镜镜坯；(2)在平面磨床用180目金刚石砂轮粗磨；(3)镜坯的第一次热处理，(4)镜坯的精磨在平面磨床用2000目金刚石砂轮精磨镜坯的基准面和另一面；(5)进行稳定化处理；(6)镜坯的再研磨(7)镜坯的化学镀镍磷合金，(8)第二次热处理，在温度350±20℃保温60分钟，随炉冷却；(9)光学研磨到Ra0.012μm。本发明制备的反射镜反射率达97%，反射镜面无光圈；热膨胀系数小于7.5×10-6/k，热导率为180W/m.K。
文档编号C22C1/10GK102508327SQ20111034254
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者万绍平, 何芳, 刘金峰, 刘韵妍, 宋军, 张晓武, 李彬, 海春英, 王长青, 胡娟, 胡盛青, 舒阳会, 苏蓉, 谭春林 申请人:湖南航天诚远精密机械有限公司