三明治式结构SiC基复合材料轻质反射镜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三明治式结构ＳｉＣ基复合材料轻质反射镜及其制备方法，旨在提供一种轻量化、易于实现、光学性能优异的ＳｉＣ基复合材料轻质反射镜及其制备方法。ＳｉＣ基复合材料轻质反射镜是一种三明治式的３层结构，包括ＳｉＣ基复合材料坯体、梯度过渡层和ＳｉＣ表面涂层，梯度过渡层处于ＳｉＣ基复合材料坯体与ＳｉＣ表面涂层之间，三明治式结构ＳｉＣ基复合材料轻质反射镜的制备方法是ａ．采用先驱体浸渍－裂解法或液相硅浸渍法或驱体浸渍－裂解＋化学气相渗透法制备ＳｉＣ基复合材料坯体；ｂ．采用化学气相渗透工艺制备梯度过渡层；ｃ．采用化学气相沉积工艺制备ＳｉＣ表面涂层；ｄ．对反射镜进行光学加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轻质、高分辨率反射镜片制备工艺，尤其是一种。
技术介绍
随着科技发展及人们对宇宙的不断认识，人们的开发领域从地面转向空间，各国科学工作者都不断地致力于空间开发活动，特别是空间侦察活动，因为空间对地面侦察有其独特的优越性不受地域限制，可以看到地球上任何地区，实现全球覆盖；获取情报迅速、及时、直观，可实现连续动态侦察。为了提高空间探测器的地面分辨率，以达到预期的经济效益和军事目的，通常采用长焦距和大相对孔径的全反式或折反式的光学系统，因此光学零件的孔径越来越大，质量也越来越大，同时也带来了卫星质量的增大，随着卫星质量的增加，复杂程度和发射成本也随之增加，因此人们开始致力于轻型空间探测器的研究。折反式或者全反式光学系统的主要光学零件是反射镜，如何使这些反射镜质量减少，提高反射镜的轻量化率，又能保证所要求的光学性能，是研究轻型空间探测器的关键技术之一。研究表明，发展空间光学的新技术、高技术，传统的空间材料已经不适合目前空间科学技术的发展，只有研究和使用新的反射镜材料和反射镜支撑材料体系，才能满足轻型空间探测器的要求。传统反射镜材料为石英玻璃和金属Be。石英玻璃的弹性模量低，要使玻璃镜像质稳定，玻璃反射镜的直径和厚度需要满足一定的比值，通常是6～8∶1，因此玻璃反射镜比较重；此外，玻璃抗热变化性能差，难以强制水冷，不适易制作大型空间反射镜。金属Be反射镜虽然密度较低，光学性能也比较优异，但是其弹性模量较低，而且，金属Be有剧毒，对人的身体伤害非常大。碳化硅(SiC)及其复合材料具有密度低、抗辐照性能好、热学性能稳定，比强度和比刚度高等优点，是迄今为止最理想的轻质反射镜的镜体材料。但是传统单层SiC及其复合材料制备高分辨力反射镜存在一些难以克服的难题1、致密度采用传统的工艺制备的SiC材料很难完全致密，作为反射镜的镜面经过光学加工后其表面粗糙度难以达到高分辨力反射镜的要求。2、工艺性由于SiC属于共价键结构，需要在高温(大于1800℃)或在助剂下进行烧结，因此其工艺性较差。3、加工性能SiC材料由于其硬度高，因此其很难进行轻量化加工。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种轻量化、易于实现、光学性能优异的。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是一种三明治式结构SiC基复合材料轻质反射镜，它是一种三明治式3层结构，包括SiC基复合材料坯体、梯度过渡层和SiC表面涂层，所述的梯度过渡层处于SiC基复合材料坯体与SiC表面涂层之间。所述的SiC基复合材料坯体为SiCP/SiC复合材料坯体或C/SiC/Si复合材料坯体或C/SiC复合材料坯体。一种三明治式结构SiC基复合材料轻质反射镜的制备方法，包括如下步骤a、采用先驱体浸渍—裂解法或液相硅浸渍法或驱体浸渍—裂解+化学气相渗透法制备SiC基复合材料坯体；b、采用化学气相渗透工艺制备梯度过渡层；c、采用化学气相沉积工艺制备SiC表面涂层；d、对反射镜进行光学加工。所述的先驱体浸渍—裂解法制备SiC基复合材料坯体的方法如下将SiC微粉和聚碳硅烷按照9～19∶1的重量比例混合，然后再热模压成型制成碳化硅/聚碳硅烷素坯，素坯制成后进行热裂解，聚碳硅烷转化为SiC，重复浸渍—裂解的工艺过程获得碳化硅/聚碳硅烷素坯。所述的先驱体浸渍—裂解法制备SiC基复合材料坯体的方法中SiC微粉和聚碳硅烷的重量比例是9∶1，热模压压力为20MPa，模压温度180℃。所述的液相硅浸渍法制备SiC基复合材料坯体的方法如下将短切碳纤维或碳毡与酚醛树脂混合并分散均匀，通过热模压后制成纤维/酚醛复合材料，然后将复合材料进行裂解获得碳基复合材料，最后通过气相渗硅工艺获得所需密度的SiC基泡沫复合材料坯体。所述的驱体浸渍—裂解+化学气相渗透法制备SiC基复合材料坯体的方法如下将制备好的多孔基体预制件浸渍聚碳硅烷后进行裂解，重复浸渍—裂解工艺过程，当SiC基复合材料密度达到大于1.7g/cm2后，再利用化学气相渗透工艺沉积SiC，从而提高SiC基复合材料的致密度，SiC的先驱体为三氯甲基硅烷(MTS)，沉积温度1000-1200℃，时间50-100小时。所述化学气相渗透工艺制备梯度过渡层的主要工艺参数如下沉积原料三氯甲基硅烷(MTS)、沉积温度900～1300℃，载气H2流量50～400ml/min，稀释气体流量为100～400ml/min。所述的化学气相沉积工艺制备SiC表面涂层的主要工艺参数如下沉积原料三氯甲基硅烷(MTS)、沉积温度900～1300℃，载气H2流量100～400ml/min，稀释气体流量为100～400ml/min。本专利技术所产生的有益效果是三明治式结构的SiC基复合材料反射镜具有很大的优势(1)、实现了轻量化，单层SiC反射镜密度大于3.1g/cm3，采用三明治式结构的SiC基复合材料反射镜密度可小于2.2g/cm3，轻量化至少达29％；再者，SiC基泡沫复合材料容易加工打孔，可进一步实现减重。(2)、材料制备相对来说易于实现，三明治式结构的SiC反射镜基体材料为泡沫状SiC复合材料，该材料的制备工艺非常成熟；CVD工艺制备的SiC致密涂层厚度只需20-50μm就能满足加工及应用要求。(3)、光学性能优异，无论是反应烧结还是热(等静)压的SiC单层反射镜，由于其不可能达到理论致密度，所以反射镜表面不可避免存在少量小孔，从而大大影响反射镜的表面粗糙度；三明治式结构的SiC基反射镜表面是理论密度的致密SiC涂层，其光学加工性能非常优异，可以达到3以下。总的说来，三明治式结构的SiC基反射镜的轻量化效果、材料选取及制备工艺、光学加工精度、性价比等都要优于单层结构的SiC反射镜。通过优化比较，选用三明治式结构的设计用于制备反射镜。附图说明图1为三明治式结构SiC基复合材料反射镜示意图；图2为先驱体浸渍—裂解法(PIP法)制备SiCp/SiC坯体工艺流程图；图3为先驱体浸渍—裂解法+化学气相渗透(PIP+CVI法)制备C/SiC坯体工艺流程图；图4为先驱体浸渍—裂解法+化学气相渗透(PIP+CVI法)制备的梯度过渡层截面SEM图。图中1-SiC表面涂层，2-梯度过渡层，3-SiC基复合材料坯体。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步的详细描述。图1为三明治式结构SiC基复合材料反射镜示意图，三明治式结构SiC基复合材料反射镜是一种三明治式3层结构，包括SiC基复合材料坯体3、梯度过渡层2、SiC表面涂层1，所述的梯度过渡层2处于SiC基复合材料坯体3与SiC表面涂层1之间。所述的SiC基复合材料坯体3为SiCP/SiC复合材料坯体或C/SiC/Si复合材料坯体或C/SiC复合材料坯体。实施例中选用三种坯体先驱体浸渍—裂解(PIP)SiCP/SiC复合材料坯体、液相硅浸渍(LSI)C/SiC/Si复合材料坯体和先驱体浸渍—裂解+化学气相渗透(PIP+CVI)C/SiC复合材料坯体。先驱体浸渍—裂解(PIP)法制备泡沫SiCP/SiC复合材料先驱体浸渍—裂解(PIP)法制备SiCP/SiC坯体的工艺流程如图2所示将一定尺寸的SiC微粉和聚碳硅烷(PCS)按照一定的比例混合，然后再热模压成型制成碳化硅/聚碳硅烷(PCS)素坯；素坯制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三明治式结构ＳｉＣ基复合材料轻质反射镜，其特征在于它是一种三明治式３层结构，包括ＳｉＣ基复合材料坯体、梯度过渡层和ＳｉＣ表面涂层，所述的梯度过渡层处于ＳｉＣ基复合材料坯体与ＳｉＣ表面涂层之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张长瑞，曹英斌，周新贵，张玉娣，王思青，刘荣军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]