专利名称：形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可展开反射镜镜体。
背景技术：
由于航天运载飞行器的空间有限，所以航天用反射镜的体积受到了限制，从而航天可展开反射镜体必须具有轻质、展开体积与收缩体积比大、可靠性高等性能。随着航天技术、卫星通信、射电天文以及雷达技术的快速发展，航天可展开反射镜的需求将大大增加。
现有的航天用反射镜多为非展开型反射镜，该反射镜在地面已组装制造成型，当航天飞行器在轨工作后即可将此反射镜释放并投入使用。该种反射镜因没有在太空空间的展开过程，其可靠性高。但是最大缺点是反射镜体口径小，信息传输量有限。随着航天技术的迅速发展，非展开型反射镜越来越显示出其局限性。
现有的回弹式可折叠树脂基复合材料的可展开反射镜体在折叠过程中储存有应变能，则在收缩过程中必须有外部锁定装置以固定结构防止应变能的释放，且展开过程中，必须有类似于阻尼器的装置来控制系统的展开，否则展开过程会产生较大的冲击。另外现有回弹式可折叠树脂基复合材料的可展开反射镜体在折叠和展开过程中其材料和结构刚度是不能变化的，为了能产生较大的展开体积与收缩体积比而不产生材料破坏，其刚度必然较低。因此，在系统运输和发射过程中，结构的弹性振动变形较大，这会对结构特别是高精度的反射镜表面产生破坏，另外在结构展开过程中，由于结构的阻尼小，其振动衰减慢，会对空间飞行器产生较大的振动干扰，同时当空间飞行器调整姿态时，反射镜也将产生较大的振动。此外，树脂基复合材料，其主要考虑材料的强度、刚度等静态或准静态的力学承载性能，主要用于结构材料，其表面精度较差。
发明内容
为了解决现有航天反射镜不能达到大的展开体积与收缩体积比的使用要求，以及口径小，精度低和质量大的问题，而提出一种形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体。
本发明由形状记忆复合材料底衬基片1和金属层2组成；形状记忆复合材料底衬基片1的形状为抛物面形，形状记忆复合材料底衬基片1的内表面电镀有金属层2。形状记忆复合材料底衬基片1的形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料、增强相材料和电阻材料组成，或者形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料、增强相材料或电阻材料组成；各组分材料的体积含量为形状记忆聚合物材料5～98份，增强相材料2～95份，电阻加热材料0～100份。形状记忆聚合物材料为苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯。增强相材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、炭黑、碳纳米管、镍粉、石墨粉、晶须、碳化硅粉末、铜粉、银粉和铝粉中的一种或两种以上的混合。电阻材料为镍铬电阻材料、镍铬铁电阻材料、铁铬电阻材料、镍铬铝铁电阻材料、铁铬铝电阻材料、钼电阻材料、纯镍电阻材料、锰铜电阻材料、康铜电阻材料、铜镍电阻材料、铁电阻材料、铜电阻材料、不锈钢电阻材料中的一种或两种以上的混合。
本发明具有以下特点1.形状记忆材料为底衬基片的可展开反射镜具有较高的展开体积与收缩体积比、较低的反射面面密度。形状记忆材料独特的形状记忆效应使形状记忆聚合物复合材料具有较高的弯曲变形率，形状记忆聚合物复合材料在常温下遵循现有经典复合材料的各种理论，形状记忆聚合物复合材料在玻璃化转变中，形状记忆聚合物复合材料迅速软化，形状记忆聚合物复合材料刚度迅速降低，因此，形状记忆聚合物复合材料具有较高的展开体积与收缩体积比及可多次重复折叠与展开的能力，并保证材料不产生破坏及保证形状的稳定性。
2.使用形状记忆复合材料同时作为展开驱动和刚性支撑装置。形状记忆复合材料依靠自身的热临界自激发(玻璃化转变)实现展开的启动和运动的整个过程，输出展开力能满足系统要求，展开运动过程平缓，同时在反射镜展开工作过程中对结构起到刚性支撑作用，维持系统工作。此外，展开反射镜结构较为简单，系统结构和控制环节少，系统工作的可靠性高，缩短生产周期。
3.无需火工品展开触发装置、冲击小、可靠性高。在临界温度以下的形状记忆复合材料具有常规树脂复合材料的材料性质，如较高的弹性模量和弯曲模量(几十到几百GPa量级)，这能够对反射镜构成强有力的约束，在发射前和发射过程中无需火工品装置来锁定系统。在系统展开时不是依靠爆炸火工品来触发展开运动，而是当形状记忆复合材料达到临界温度以上时，依靠材料自身阻尼大的性质来缓慢、平稳的驱动整个系统实现展开。因为形状记忆固体表面可展开反射镜没有爆炸触发火工品这一过程，航天飞行器还不会受到较大冲击。另外，由于火工品的不可靠，无需火工品的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体系统，其本身的系统可靠性也得以提高。
随着智能材料和结构技术的发展，尤其是形状记忆聚合物及其复合材料等主动变形材料的出现和快速发展，使制造大口径，高精度和轻质量的智能可展开反射镜体成为可能，这将极大的推动航天飞行器可展开结构的发展。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明折叠后的结构示意图；图3是具体实施方式
十的结构示意图；图4是图3的a处局部放大图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式由形状记忆复合材料底衬基片1和金属层2组成；形状记忆复合材料底衬基片1的形状为抛物面形，形状记忆复合材料底衬基片1的内表面电镀有金属层2。金属层2提供高精度的反射表面，提高了可展开反射镜体的表面光洁度，降低其表面散射率。形状记忆复合材料底衬基片1起到结构承载和驱动结构展开的双重作用。
具体实施方式
二结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于金属层2的厚度为0.001mm～1mm，金属层的材料为镍金属。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的厚度为0.1mm～80mm，形状记忆复合材料底衬基片1的抛物面的焦距与形状记忆复合材料底衬基片1的抛物面的口径比为0.025～2.5；其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料、增强相材料和电阻材料组成；各组分材料的体积含量为形状记忆聚合物材料5～98份，增强相材料2～95份，电阻加热材料＞0～100份；其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料、增强相材料或电阻材料组成；各组分材料的体积含量为形状记忆聚合物材料5～98份，增强相材料2～95份，电阻加热材料0～100份；其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四或五的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的形状记忆复合材料的各组分材料的体积含量为形状记忆聚合物材料30～80份，增强相材料20～70份，电阻加热材料0～20份；其它组成和连接方式与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四或五的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的形状记忆复合材料的各组分材料的体积含量为形状记忆聚合物材料40～60份，增强相材料40～60份，电阻加热材料0～10份；其它组成和连接方式与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
四或五的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的形状记忆聚合物材料为苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯。其它组成和连接方式与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
四或五的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的增强相材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、炭黑、碳纳米管、镍粉、石墨粉、晶须、碳化硅粉末、铜粉、银粉和铝粉中的一种或两种以上的混合。其它组成和连接方式与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
四或五的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的电阻材料为镍铬电阻材料、镍铬铁电阻材料、铁铬电阻材料、镍铬铝铁电阻材料、铁铬铝电阻材料、钼电阻材料、纯镍电阻材料、锰铜电阻材料、康铜电阻材料、铜镍电阻材料、铁电阻材料、铜电阻材料、不锈钢电阻材料中的一种或两种以上的混合。其它组成和连接方式与具体实施方式
四或五相同。
具体实施方式
十一结合图3、图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于增加了导电导体4，形状记忆复合材料底衬基片1的背面边缘处设有两个导电导体4与电源的正负极连接；其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
十的不同点在于导电导体4连接于电阻加热材料或增强相材料中石墨纤维或碳纤维上；将电压直接加载于导电导体4上，使电阻加热材料或增强相材料中石墨纤维或碳纤维发热以对形状记忆复合材料底衬基片1加热，以实现驱动装置从折叠收缩状态到展开状态的运动；其它组成和连接方式与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于形状记忆复合材料底衬基片1的加热方式为通过太空空间环境存在的射线辐射直接对形状记忆复合材料加热，以实现形状记忆复合材料铰链驱动展开装置从折叠收缩状态到展开状态的运动；其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体基本的展开变形过程为在航天飞行器发射前，将形状记忆复合材料底衬基片1加热至形状记忆复合材料的玻璃化转变温度以上，形状记忆复合材料底衬基片1的弹性模量下降、材料软化，这时在外力作用下，将可展开反射镜约束变形至设计要求的皱褶数和收缩口径；在保持外界约束不变的条件下，将形状记忆复合材料底衬基片1降温至形状记忆复合材料的玻璃化转变温度以下，形状记忆复合材料底衬基片1的弹性模量上升、材料硬化，撤去外界约束，可展开反射镜形状固定，将折叠收缩状态的可展开反射镜固定于航天飞行器中；在航天飞行器在轨飞行后，对可展开反射镜的形状记忆复合材料底衬基片1加热，形状记忆复合材料底衬基片1驱动可展开反射镜变形回复至展开状态，可展开反射镜实现展开并进入工作状态。本发明的反射镜采用常规反射镜的背架支撑系统。
权利要求
1.形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于它包括形状记忆复合材料底衬基片(1)和金属层(2)；形状记忆复合材料底衬基片(1)的形状为抛物面形，形状记忆复合材料底衬基片(1)的内表面电镀有金属层(2)。
2.根据权利要求1所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于金属层(2)的厚度为0.001mm～1mm，金属层的材料为镍金属。
3.根据权利要求1所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于形状记忆复合材料底衬基片(1)的厚度为0.1mm～80mm，形状记忆复合材料底衬基片(1)的抛物面的焦距与形状记忆复合材料底衬基片(1)的抛物面的口径比为0.025～2.5。
4.根据权利要求1所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于形状记忆复合材料底衬基片(1)的形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料、增强相材料和电阻材料组成；各组分材料的体积含量为形状记忆聚合物材料5～98份，增强相材料2～95份，电阻加热材料＞0～100份。
5.根据权利要求1所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于形状记忆复合材料底衬基片(1)的形状记忆复合材料由形状记忆聚合物材料、增强相材料或电阻材料组成；各组分材料的体积含量为形状记忆聚合物材料5～98份，增强相材料2～95份，电阻加热材料0～100份。
6.根据权利要求4或5所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于形状记忆复合材料底衬基片(1)的形状记忆聚合物材料为苯乙烯系形状记忆聚合物、环氧树脂系形状记忆聚合物、氰酸酯系形状记忆聚合物、形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯或形状记忆聚降冰片烯。
7.根据权利要求4或5所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于形状记忆复合材料底衬基片(1)的增强相材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、炭黑、碳纳米管、镍粉、石墨粉、晶须、碳化硅粉末、铜粉、银粉和铝粉中的一种或两种以上的混合。
8.根据权利要求4或5所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于形状记忆复合材料底衬基片(1)的增强相材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、炭黑、碳纳米管、镍粉、石墨粉、晶须、碳化硅粉末、铜粉、银粉和铝粉中的一种或两种以上的混合。
9.根据权利要求1所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于于增加了导电导体(4)，形状记忆复合材料底衬基片(1)的背面边缘处设有两个导电导体(4)与电源的正负极连接。
10.根据权利要求1所述的形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体，其特征在于导电导体(4)连接于电阻加热材料或增强相材料中石墨纤维或碳纤维上。
全文摘要
形状记忆材料底衬基片的可展开反射镜镜体。本发明涉及一种可展开反射镜镜体。本发明为了解决现有航天反射镜不能达到大的展开体积与收缩体积比的使用要求，以及口径小，精度低和质量大的问题。本发明由形状记忆复合材料底衬基片(1)和金属层(2)组成；形状记忆复合材料底衬基片(1)的形状为抛物面形，形状记忆复合材料底衬基片(1)的内表面电镀有金属层(2)。本发明具有较高的展开体积与收缩体积比、较低的反射面面密度，可多次重复折叠与展开的能力，展开反射镜结构较为简单，系统结构和控制环节少，系统工作的可靠性高，缩短生产周期，无需火工品展开触发装置，冲击小，可靠性高。
文档编号C08L63/00GK101060201SQ20071007208
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月23日 优先权日2007年4月23日
发明者冷劲松, 刘彦菊, 兰鑫, 王肖华 申请人:哈尔滨工业大学