具有轻质结构的衬底制造技术

本发明专利技术涉及具有轻质结构的衬底。具体地，本发明专利技术涉及一种单片衬底及其制造方法，所述单片衬底优选包含玻璃或玻璃陶瓷，其中所述衬底具有轻质结构。所述轻质结构包括通过网定界的凹部，这种网形成四边形或四角形袋。由于所述轻质结构，能够显著降低所述衬底的重量，同时，能够确保高刚度。优选将所述衬底用作镜支架或镜并且所述衬底能够在地球内和/或地球外使用。

【技术实现步骤摘要】
具有轻质结构的衬底
本专利技术涉及优选由玻璃或玻璃陶瓷制成的具有轻质结构的单片衬底及其制造方法。由于其轻质结构，能够显著降低衬底的重量，同时能够确保高刚度。优选将所述衬底用作镜或镜支架并能够在地球内和/或地球外使用。
技术介绍
在天文学中经常使用具有低热膨胀系数的大衬底，尤其是用于大的反射望远镜。通常将这种衬底用作用于连接例如镜的光学器件的镜支架，或甚至在适当的其它加工步骤之后，直接用作镜。所使用的衬底具有例如圆形、椭圆形、六边形、或甚至蜂巢状外部轮廓。所述衬底可具有约1000mm或更大的直径。从高性能反射望远镜甚至已知的是具有约6000mm或更大直径的镜支架。当用作光学器件时，重要的是衬底具有高刚度并因此仅有非常低趋势的在几何形状上的变形或变化，从而防止了不期望的光学效果，例如避免了畸变。几何形状的变化可以由强的/或快速的温度波动造成，其中在卫星的地球外环境中、或甚至在白天与黑夜之间经历巨大温度变化的地球内环境中发生所述温度波动。基于这种原因，衬底通常包含玻璃或玻璃陶瓷，且在玻璃陶瓷的情况中，其能够包含所谓的零膨胀材料，其特征在于，热膨胀系数极低。在这种方式中，可大大消除因温度变化造成的衬底的变形或其几何形状的变化。此外，由于衬底重的固有重量，甚至会发生几何形状的相关变化如下垂。基于该原因，通常期望衬底的重量降低。另外，因为更简单且更廉价运输的理由，尤其是在地球外应用的情况中，期望降低重量。另外，如果镜或镜支架具有更低的重量，则其调节可简化，因为启动或重新调节力与待移动的衬底的质量直接相关。因此，已经开发了具有所谓轻质结构的衬底。为了降低重量，通过某些处理来除去衬底体积的一部分。通常在衬底的背面上实施所述处理。这使得可形成适当的结构，所述结构能够确保高刚度。例如，已知的是在衬底背面上的凹部，所述凹部导致蜂巢或管状结构的网。例如，DE102009005400A1描述了一种具有轻质结构的镜支架，其具有排列在所述衬底背面上的凹部，且在支承区域中的凹部设有盖，以用于提高刚度。此处，所述盖可能具有所述凹部的形状并能够被粘合到所述凹部上或粘合入所述凹部中。已经发现，利用DE102009005400A1中所示的实施方式，能够实现重量的大大降低。然而，所述盖的生产及其与衬底的连接产生另外的成本。其它已知的轻质结构通常由复合材料制成，且使用了另外的支架部件。例如，WO2006/034775A1显示了由零膨胀材料制成的复合结构，所述复合结构包括由平行排列的管状隔离物连接的镜部件和支架部件，并使用粘合剂进行粘接。EP0395257A2显示了其中使用由烧结陶瓷支柱制成的蜂巢状支架结构的材料的复合结构。使用不同的材料通常是不优选的，因为不同的膨胀系数导致在材料中的局部应力并由此能够造成损害。而且，例如通过粘合剂对几种部件进行的加工和随后的接合，意味着另外的成本。当使用粘合剂或胶水时，必须对长期稳定性，尤其是地球外的应用中的长期稳定性进行关注。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于衬底的轻质结构，其一方面消除了其它部分或支架部件如隔离物、支柱、盖等的并入，另一方面，其对动态和静态应力显示了大致相当的机械稳定性。特别地，能够确保衬底的小的挠度。同时，通过轻质结构，实现至少约50％的重量降低。令人惊奇地简单，通过在衬底的至少一个侧面上、优选背面上提供基本为四边形或四角形轻质结构可实现该目的。本专利技术还涉及优选包含具有非常低膨胀系数的材料或零膨胀材料的衬底。优选地，在0至50℃温度范围内，所使用材料的热膨胀系数为在小于4×10-6K-1的范围内，如例如使用硼硅酸盐玻璃时就是这种情况。更优选地，在0至50℃温度范围内，所使用材料的热膨胀系数为在小于1×10-6K-1的范围内，如例如使用石英玻璃时就是这种情况。更优选地，在0至50℃温度范围内，所使用材料的热膨胀系数为在小于0.10×10-6K-1的范围内，如例如使用玻璃陶瓷时就是这种情况。此外，尤其优选的材料为在直到2.7K范围内的温度下适用于地球外环境中的材料。特别地，主要成分为氧化锂、氧化铝或氧化硅的LAS系统的玻璃陶瓷可构成用于根据本专利技术的衬底的理想材料。包含这种材料的衬底极其适合用作望远镜中的镜或镜支架。当衬底由单片块构成时，在本专利技术的意义中获得了在静态和动态荷载下在机械稳定性方面的优势。至少在一个侧面、优选背面处，所述衬底具有凹部和一个或多个支承点。本专利技术上下文中的支承点是指适用于容纳支承或紧固装置的衬底区域。因此，支承点能够为凹部或通孔例如钻孔，其能够例如为圆柱形。以此方式，使用适当的固定装置能够固定衬底。在特定的实施方式中，将各个支承点归类为所谓的主要支承点。在典型的实施方式中，例如，存在三个主要支承点，且因此各个主要支承点则能够由例如三个支承点形成。由于背面处的凹部，形成对凹部进行定界并被用作轻质结构的网。已经发现，与已知的蜂巢状结构相比，凹部的基本为四边形或四角形的结构能够显著提高对动态应力的刚度。本专利技术意义中的轻质结构是指，通过网对凹部定界，且这种定界在几何上限定了多边形形状，这些多边形的主要部分由四个侧边和四个角限定。然而，这并不是必须意味着，四个侧边为直线的几何形式。相反，所述侧边可代表圆形路径或任意其它封闭卵形曲线例如椭圆形路径的部分，其中这对衬底的形状是有利的。例如，在圆柱形对称衬底的情况中，多边形两个相对侧边可平行于衬底的半径即放射状延伸，而两个其它的相对侧边可在衬底中心周围沿圆形路径延伸。在本专利技术的意义中，这种多边形形成凹部的四边形或四角形结构。能够将这种结构描述为半梯形结构或放射状四角结构。在例如椭圆形衬底的情况中，凹部的两个相对侧边可代表椭圆形路径的部分。大部分凹部形成如上所述的多边形、优选四边形或四角形轻质结构。这意味着，超过60％、优选超过80％的这些凹部具有这种形状。此外，根据本专利技术，凹部的其它几何形状是可能的，其形状与四角形不同且被证明是适当的，特别是如果衬底具有支承点或主要支承点时。例如，与这些支承点或主要支承点相邻的凹部呈现与四角形不同的几何形式。令人惊奇地，利用所述凹部，能够实现重量降低，这几乎等同于已知的蜂巢状结构。在本专利技术的上下文中的重量降低是指，与不设有根据本专利技术的凹部的相同外部几何形状的单片块相比，设有根据本专利技术凹部的处理的衬底的重量的百分比变化。未处理的衬底即单片块包括例如柱形、圆柱形、椭圆形、矩形、六边形或八边形形状，优选盘状或柱状形式。根据本专利技术的轻质结构尤其适用于直柱体如具有椭圆底面和顶面的直柱体形式的、或直圆柱体或圆柱形对称形状形式的更大衬底。所述衬底通常具有约50mm或更大的半径，或在椭圆形底面和顶面的情况中具有约50mm或更大的半主轴长度。所述衬底的高度可例如为5mm至500mm。所述凹部通常被称作袋并能够以各种方式制得。作为实例，能够提及的有使用几何形状未限定的刃除去材料例如磨削或精研、或其它已知的研磨制造工艺，以及化学工艺如蚀刻。在衬底材料如玻璃或玻璃陶瓷的情况中，在机械处理之后利用含氢氟酸的蚀刻剂进行的蚀刻对与提高强度是有利的。利用根据本专利技术的凹部，能够将重量减轻约超过70％、优选超过80％、最优选超过85％。由凹部形成的袋由网包围，优选各个袋被四个网包围。所述网具有0.5mm至10mm的壁厚，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.01.19 DE 102011008953.5-511.一种用于镜或镜支架的单片衬底，其在至少一个面中具有凹部以形成轻质结构，其特征在于，通过网对所述凹部进行定界，其中凹部通常可被称作袋，并且其中形成对所述凹部进行定界并被用作轻质结构的所述网，以使得由网包围由所述凹部形成的所述袋，且如此限定的袋的主要部分具有多边形形状，其中将一个或多个环围绕所述衬底中心排列，所述一个或多个环各自通过内部的路径和外部的路径进行定界，且其中所述网可代表所述路径的部分。2.根据权利要求1所述的衬底，其中所述衬底包含具有非常低膨胀系数的材料或零膨胀的材料，且其中所述材料在0至50℃的温度范围内的膨胀系数小于4×10-6K-1。3.根据权利要求1所述的衬底，其中所述衬底包含选自玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或金属材料。4.根据权利要求3所述的衬底，其中所述玻璃选自硼硅酸盐玻璃或石英玻璃。5.根据权利要求3所述的衬底，其中所述玻璃陶瓷是LAS玻璃陶瓷。6.根据权利要求3所述的衬底，其中所述金属是轻质金属。7.根据权利要求1所述的衬底，其中所述凹部和/或袋排列在所述衬底的一个侧面处。8.根据权利要求1所述的衬底，其中所述多边形袋具有几何多边形形状，这些多边形的主要部分由四个角和四个侧边限定，其中所述侧边可以具有相同或不同的长度，且其中所述侧边可以具有直线、圆弧、或封闭的卵形曲线或椭圆形曲线的一部分的几何形式。9.根据权利要求1所述的衬底，其中通过使用几何上未限定的切削刃进行的加工例如通过磨削或精研和/或通过腐蚀制造工艺和/或通过化学工艺例如使用含氢氟酸的蚀刻剂进行的蚀刻可制造所述凹部。10.根据权利要求1所述的衬底，其中与实心材料相比，所述凹部能够使所述衬底的重量减轻70％。11.根据权利要求1所述的衬底，其中与实心材料相比，所述凹部能够使所述衬底的重量减轻超过80％。12.根据权利要求1所述的衬底，其中与实心材料相比，所述凹部能够使所述衬底的重量减轻超过85％。13.根据权利要求1所述的衬底，其中对所述凹部定界的网具有0.5mm至10mm的壁厚。14.根据权利要求1所述的衬底，其中所述网具有不同的壁厚，同时不同的网具有不同的壁厚，和/或单个网在其端部具有不同的壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔克·塞伯特，马丁·舍费尔，托马斯·韦斯特霍夫，拉尔夫·赖特尔，拉尔夫·耶德麦泽克，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：