[发明专利]一种陶瓷基反射镜用复合材料镜坯

说明书

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种陶瓷基反射镜用复合材料镜坯，所述复合材料镜坯包括基体以及置于所述基体上的介质层，其中，所述基体为陶瓷材料，所述陶瓷材料包括氧化铝，YSZ，以及MgO；所述陶瓷材料中YSZ和MgO的重量份数为：YSZ：0.1‑20份；MgO：0.1‑0.5份；所述介质层为玻璃材料，所述玻璃材料的各组分按照如下重量份数配比混合而成：SiO₂：51.5‑64份；P₂O₅：6.8‑11份；Li₂O：0.5‑5.2份；MgO：0.5‑2.2份；ZnO：0.4‑2.1份；CaO：0.2‑2.5份；BaO：0.5‑4.5份；SrO：0.2‑3份；Sb₂O₃：0.6‑2份；所述玻璃材料还包括Al₂O₃、TiO₂和ZrO₂，其中，Al₂O₃和SiO₂的重量份数之和为75‑84份；TiO₂和ZrO₂的重量份数之和为3.5‑5份。本发明通过这样的构成，能够优化用作反射望远镜的物镜的复合材料镜坯的使用性能。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种陶瓷基反射镜用复合材料镜坯。

背景技术

反射望远镜是用反射镜作物镜的望远镜，其在光学性能方面的优点尤其表现为没有色差。其他像差在理论上虽然可以得到消除，但往往会伴随产生工艺复杂的缺陷，鉴于此，实用的反射望远镜为了避免像差通常具有较小的视场，之所以采用这样的构造方式，是因为可以通过像场改正透镜、扩大视场。其中，反射镜的材料要求具有膨胀系数小、应力较小的结构属性以及便于磨制（研磨加工至镜面）的工艺属性。反射镜的镜面通常镀设有铝层，以便反射镜能够在红外区及紫外区均能得到较好抑或说期望的反射率。

由于微晶玻璃具有前述的热膨胀系数小以及好研磨的优点，因此，当前商业化的反射镜的坯体材料（下文称作镜坯）绝大多数都采用微晶玻璃以保证反射镜的光学效果。不过，由于微晶玻璃还具有强度低、模量低的属性，因此，同时结合反射镜在结构和受力等角度的考虑，往往需要较厚的镜坯方可保证反射镜能够可靠地实现其作为反射望远镜的物镜的功能。这样一来，对于超大口径的反射望远镜来说，需要较大的厚度方可维持作为反射望远镜的物镜所必须具备的刚性。伴随性地，便会出现反射望远镜的自重普遍偏大甚至过大的问题，相应地，机械台阶及传动部件的负载量级也会增加，增加了反射望远镜的操作难度甚至因此导致难以操作。这样一来，反射镜的轻量化便成为亟待解决的问题。

为了实现反射望远镜的轻量化，传统的改进思路是：采用碳化硅代替微晶玻璃作为前述的镜坯，不过，采用碳化硅的方案存在加工难度高以及成本极其昂贵的明显的缺陷。

作为一种改进，中国发明专利（授权公告号为CN107935567B）公开了一种陶瓷基空间反射镜用复合材料镜坯，其包括有氧化铝陶瓷和玻璃釉面；氧化铝陶瓷为Al₂O₃≥99.0%的刚玉陶瓷；玻璃釉面熔封于氧化铝陶瓷的表面；玻璃釉面为硼硅玻璃；硼硅玻璃的膨胀系数低于氧化铝陶瓷，氧化铝陶瓷与所述硼硅玻璃在20-400℃范围内的膨胀系数之差Δα≤±0.5×10-6/K。

可以看出，该文献是采用氧化铝陶瓷做基体并通过将硼硅玻璃以熔融的形式施加在基体的表面的方式形成复合镜坯。基于该文献的方案虽然在一定程度上实现了反射望远镜的轻量化，但是其仍存在如下的问题：

热膨胀系数较大，因此光学效果会受到一定的影响。如对于直径32m级超大尺寸的反射望远镜而言，反射望远镜的镜片在-10-80℃的温度波动范围内变形较大，因此会加大调焦的工作量；