一种复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法及复合型轻量化反射镜镜坯技术

本发明专利技术公开了一种复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法及复合型轻量化反射镜镜坯，该制备方法包括1)酸洗活化：将钛基体置于酸洗液中进行酸洗活化，得活化基体；2)电化学氧化：通过电化学氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层，得氧化基体；3)扩散连接：将玻璃的连接面与氧化基体的氧化层紧密贴合，经热压扩散连接或场致扩散连接，即得。该制备方法通过电化学氧化在基体表面形成致密均匀的钛氧化层(钛的低价氧化物薄膜)，再将玻璃的连接面与基体的钛氧化层紧密贴合进行扩散连接，工艺稳定，成品率高；所得反射镜镜坯中钛基体与玻璃的结合强度高，可广泛应用于飞机光电侦查雷达、坦克火控稳瞄系统等众多光电探测设备的光学快扫跟踪系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于反射镜
，具体涉及一种复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法，同时还涉及一种采用该制备方法制备而成的复合型轻量化反射镜镜坯。
技术介绍
轻量化反射镜广泛应用于光电雷达、遥感侦察相机、坦克火控瞄准系统、侦查吊舱等光电设备的光学快扫跟踪系统中。轻量化反射镜的种类繁多，目前主要有五类：玻璃基反射镜、SiC基反射镜、SiC复合材料基反射镜、金属基反射镜和复合型反射镜。就研究和应用而言，这些轻量化反射镜都有较好的发展前景，但每种轻量化反射镜都存在缺点和不足。改善轻量化反射镜的制备方法，发展轻量化反射镜制备的新方法，是当今反射镜研究者所面临的重要课题，也是未来轻量化反射镜技术的主要研究方向。复合型轻量化反射镜是由铍、铝合金或钛合金等轻质材料与玻璃烧结制成，其目前主要制备工艺为：利用玻璃与金属通过烧结进行封接，然后通过机械加工、热处理、光学加工制成。其主要优点是：热导性好、变形小、耐冲击，可以“机”“件”加工一体化，容易夹持固定，提高了反射面的精度，对产品减小质量缩小体积十分有利，减小了惯性力矩，提高了系统的瞄准精度。现有技术中，CN1317699A公开了一种轻质反光镜，其烧结工艺为：选用钛TA1、TA2、TC2、TC4、TC5、TC6其中一种，将其烧结面加工后，与粗磨后的K9玻璃一起清洗干净，使K9玻璃与钛金属的烧结面贴放在一起，共同放入空气加入炉中，随炉升温至700-800℃，保温20-60分钟关掉电源，使钛金属与玻璃一起随炉降温，当温度达到小于等于60℃时出炉。该方法是直接将钛合金和玻璃贴合，放进箱式空气电阻炉，钛合金表面氧化和烧结过程同时进行；然而，利用此方法制备的反射镜成品率很低，钛合金和玻璃结合强度不够，很难满足实际应用。CN100420966C公开了一种轻质表面玻璃化钛金属平面反射镜，由钛金属基底、特种玻璃层和反射膜层构成，所述钛金属基底为纯钛TA1、TA2或TA3，或钛合金TC1、TC2、TC3、TC4或TC6；钛基底为平板或微具有轻量化设计的蜂窝状结构。该反射镜的制备方法为：将玻璃与金属基底进行表面处理并经特殊高温工艺熔合，烧结后玻璃与金属基底紧密连接成一体，再将玻璃层研磨至0.2-2.5mm并抛光，最后在真空镀膜机中镀高反射金属膜。该方法制备了特种玻璃，以实现与钛金属基体的热膨胀系数等性能的匹配，然而此专利制备工艺还是沿用CN1317699A公开的方法，存在一样的缺点。CN102495438B公开了一种轻质反射镜镜坯的制备方法，包括下列步骤：(1)用砂纸对γ-TiAl合金基底表面进行打磨，选择厚度为300μm的TC4箔材作为中间过渡层；将TC4箔纸置于γ-TiAl合金基底上，整体置于真空热压烧结炉中，进行扩散连接，得到TiAl/TC4连接件；将制备好的TiAl/TC4连接件放入箱式电阻炉中，加热到550℃保温1h，得到均匀的TC4表面氧化层；将K9玻璃放在氧化后的TiAl/TC4连接件上，置于TC4表面氧化层一面，整体置入箱式电阻炉中加热，并施加恒定压力0.15MPa，热压工艺参数为温度680℃，保温1.5h，然后随炉冷却到室温，最终得到镜坯。该方法采用轻质高温结构材料TiAl合金作为反射镜镜体，有效减少了镜体质量；然而该制备方法还是沿用CN1317699A公开的方法，同样存在成品率很低，合金基底和玻璃结合强度不够，很难满足实际应用的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法。本专利技术的第二个目的是提供一种采用上述制备方法制备而成的复合型轻量化反射镜镜坯。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法，包括下列步骤：1)酸洗活化：将钛基体置于酸洗液中进行酸洗活化，得活化基体；2)电化学氧化：采用电化学氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层，得氧化基体；3)扩散连接：将玻璃的连接面与氧化基体的氧化层紧密贴合，经热压扩散连接或场致扩散连接，即得所述反射镜镜坯。所述钛基体为纯钛或钛合金，优选的，所述钛基体为工业纯钛TA1、TA2，或钛合金TC4。所述钛基体与其连接面相对的背部结构为平板或蜂窝状。所述玻璃为光学玻璃；优选的，所述玻璃为K9玻璃为浮法玻璃。步骤1)中，所述酸洗液是由氢氟酸、硝酸与水按照体积比为10:50:200的比例混合制成的。酸洗的时间为30～90s。酸洗去除钛基体表面的氧化膜，使钛基体活化。其中，所述氢氟酸的质量浓度为40％，所述硝酸的质量浓度为65％～68％。步骤2)中，所述电化学氧化为阳极氧化或微弧氧化。与传统的高温空气氧化方法不同，本专利技术采用电化学氧化的方法使钛基体表面形成钛氧化层；所述电化学氧化在室温或低温(不超过40℃)条件下进行，条件温和，钛氧化层的化学组成、膜层厚度及致密性更均匀可控，提高了后续钛基体与玻璃的连接强度。采用阳极氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层的方法为：以活化基体为阳极，与直流电源的正极相连；以不锈钢为阴极，与直流电源的负极相连；将阳极、阴极置于硫酸中进行阳极氧化；阳极氧化的电压为5～80V，时间为3～30min；阳极氧化完成后进行冲洗，采用100℃的水封孔，后干燥，即得；采用微弧氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层的方法为：将活化基体置于碱性硅酸盐电解液或碱性铝酸盐电解液中，通入直流电，恒电流进行微弧氧化；微弧氧化的电流密度为1～15A/dm2，通电时间为5～90min；微弧氧化完成后进行冲洗、干燥，即得。其中，所述碱性硅酸盐电解液中，Na2SiO3的浓度为50g/L。所述碱性铝酸盐电解液，NaAlO2的浓度为10g/L。阳极氧化过程中，所述硫酸的浓度为0.5mol/L。配制硫酸时所用的水为去离子水。阳极氧化完成后，用去离子水进行冲洗，冲洗时间为至少10min；封孔时间为至少30min，封孔所用的水为去离子水；干燥的温度为80℃，时间为30min。微弧氧化过程中，碱性硅酸盐电解液、碱性铝酸盐电解液的温度低于40℃。微弧氧化完成后，用去离子水进行冲洗，冲洗时间为至少10min；干燥的温度为80℃，时间为30min。通过阳极氧化或微弧氧化，在钛基体表面形成一层致密均匀的钛的低价氧化物薄膜，即为钛氧化层。阳极氧化或微弧氧化形成的钛氧化层具有合适的化学组成、膜层厚度及良好的致密性，提高了最终产品镜坯中钛基体和玻璃的连接强度。步骤3)中，所述热压扩散连接为：将紧密贴合的玻璃和氧化基体在惰性气氛下进行扩散连接；扩散连接的气体压力为5～30MPa，温度为700～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：1)酸洗活化：将钛基体置于酸洗液中进行酸洗活化，得活化基体；2)电化学氧化：通过电化学氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层，得氧化基体；3)扩散连接：将玻璃的连接面与氧化基体的氧化层紧密贴合，经热压扩散连接或场致扩散连接，即得所述反射镜镜坯。

【技术特征摘要】
1.一种复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
1)酸洗活化：将钛基体置于酸洗液中进行酸洗活化，得活化基体；
2)电化学氧化：通过电化学氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层，得氧化基体；
3)扩散连接：将玻璃的连接面与氧化基体的氧化层紧密贴合，经热压扩散连接或场
致扩散连接，即得所述反射镜镜坯。
2.根据权利要求1所述的复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法，其特征在于：步骤1)
中，所述酸洗液是由氢氟酸、硝酸与水按照体积比为10:50:200的比例混合制成的。
3.根据权利要求1所述的复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法，其特征在于：步骤2)
中，所述电化学氧化为阳极氧化或微弧氧化。
4.根据权利要求3所述的复合型轻量化反射镜镜坯的制备方法，其特征在于：
采用阳极氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层的方法为：以活化基体为阳极，与直
流电源的正极相连；以不锈钢为阴极，与直流电源的负极相连；将阳极、阴极置于硫酸中
进行阳极氧化；阳极氧化的电压为5～80V，时间为3～30min；阳极氧化完成后进行冲洗，
采用100℃的水封孔，后干燥，即得；
采用微弧氧化在活化基体的连接面形成钛氧化层的方法为：将活化基体置于碱性硅酸
盐电解液或碱性铝酸盐电解液中，通入直流电，恒电流进行微弧氧化；微弧氧化的电流密
度为1～15A/dm2，通电时间为5～90min；微弧氧化完成后进行冲洗、干燥，即...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小鹏，李号召，套格套，王一坚，刘佳琳，张林超，袁兆峰，关钧戈，孙红晓，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41