由零膨胀材料制成的复合结构体和用于制造该结构体的方法技术

本发明专利技术限定了一种复合结构体（１０），所述复合结构体（１０）由零膨胀材料，特别是玻璃陶瓷如Ｚｅｒｏｄｕｒ＊制成的部件组成，所述部件通过至少一个粘合剂层（１７、１９、２６、２８、３０、３２）粘合在一起。所述复合结构体（１０）具有与零膨胀材料相关的有利特性，特别是很低的热膨胀系数，直至１５０℃的稳定性和低的剥离性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由零膨胀材料，特别是玻璃陶瓷如Zerodur制成的复合结构体。所谓零膨胀材料在现有技术中通常用于在精密工程，尤其是光学领域方面的诸多应用中。例如，许多天文反射镜由本申请人制造和出售的Zerodur玻璃陶瓷制成。这种零膨胀材料可以是例如，通过原料玻璃的适当的热处理而部分结晶化的锂-铝-硅酸盐玻璃陶瓷(LAS玻璃陶瓷)，通过该玻璃陶瓷在一定的温度范围内可以实现接近零的热膨胀。另一种零膨胀材料由Corning公司销售，商标为ULE。后一种材料是掺杂TiO2的二氧化硅玻璃，并且以黑化处理(soot process)方法制造。另一种熟知的零膨胀材料是Clearceram。在本申请中，将零膨胀材料理解为在使用温度范围，例如0°至50℃中的热膨胀系数小于±0.5×10-6/K的材料。在更狭义的理解中，该术语指在0°至50℃的使用温度范围内的热膨胀系数小于±0.1×10-6/K，特别是小于±0.05×10-6/K并且特别是小于±0.02×10-6/K的材料。因为各个部件必须非常均匀，从而必需防止任何气泡夹带等，所以由这种零膨胀材料制造较大的光学部件始终是很昂贵和复杂的过程。玻璃毛坯越大，制造毛坯时铸造过程的困难越大。当制造由零膨胀材料制成的大部件时，涉及的努力和费用因热处理而显著增加，特别是因为在陶瓷化处理(转变成玻璃陶瓷)的过程中必须足够慢地进行热处理以避免在陶瓷化过程中的体积变化引起的裂缝形成，并且制造尽可能没有应力的部件。不仅在太空应用中，而且在其它应用中，在一些情况下部件的重量起着相当大的作用。由于这种原因，例如，长期以来一直将由零膨胀材料制成的反射望远镜制造成“轻量”结构体，即加工部件以除去其体积的大部分。以这种方式，重量显著降低例如约50％至85％，而各个轻量部件的强度相对于更质密的部件没有显著降低。因为只可以使用研磨法并且因为主要使用特殊的工具，例如使用铲磨工具加工以制造适合的结构体，加工轻量部件涉及相当多的成本和努力。此外，在加工质密部件以制造轻量结构体中的容许偏差的范围是非常受限制的。以这种方式只能制造许多可以想到的结构体中的一些。因此，本专利技术的目的是提供由零膨胀材料，如玻璃陶瓷制成的复合结构体，特别是棱镜或反射镜，藉此能够尽可能避免所述缺点，并且能够实现更具成本效应的生产。还公开了用于制造这种复合结构体的适合的方法。这种目的是根据本专利技术由零膨胀材料的复合结构体，特别是棱镜或反射镜实现的，所述复合结构体包含多个由零膨胀材料，特别是玻璃陶瓷如Zerodur制成的部件，所述部件通过至少一个粘合层粘合在一起。对于所述方法，本专利技术的目的是由如下方法实现的其中，通过至少一个粘合层，将多个由零膨胀材料，特别是玻璃陶瓷如Zerodur组成的部件接合在一起。以这种方式完全解决了本专利技术的技术问题。本专利技术克服了在现有技术中对于在加工零膨胀材料中使用粘合剂粘合的偏见。直到现在，始终认为由零膨胀材料制成的精密部件在结构上始终必须是整体的以确保足够高的精密度，并且特别是得到有利的的接近零的低热膨胀系数。本专利技术显示，即使在使用粘合剂化合物时，也可以制造具有足够高的精密度的由零膨胀材料制成的复合结构体。本专利技术还显示可以达到预期零膨胀材料所要满足的苛刻要求。这些包括-在直到150℃的温度的足够高的强度，-在温暖和潮湿的条件下如在研磨过程中可能出现的那些，或在这种气候条件下使用材料时的强度，-低脱气率(outgassing level)，-足够低的热膨胀。如果粘合剂层足够薄，则粘合剂层的大得多的热膨胀只对热膨胀性造成无关紧要的程度的损害，因此由粘合在一起的部件制成的复合结构体可以满足大多数应用的技术规格，尤其是在热膨胀方面。由于这种原因，优选根据本专利技术，每一个粘合剂层的厚度为至多1mm，优选至多0.5mm，更优选至多0.2mm，并且特别优选至多0.1mm。这使得根据本专利技术的复合结构体在0°至50℃之间的温度范围内能够具有至多0.1×10-6/K，优选至多0.05×10-6/K，并且还更优选至多0.02×10-6/K的低热膨胀系数。所述粘合剂层优选由环氧树脂粘合剂组成。后者可以是可在室温固化的两组分粘合剂。已经证明由作为基体材料的环氧树脂和作为硬化剂的改性胺制备的粘合剂组成的粘合剂层是特别适合的，所述粘合剂为例如Loctite Hysol类，特别是Loctite Hysol 9491粘合剂。这种粘合剂是充分稳定的，具有低脱气率并且在较高温度的潮湿环境中还具有足够的强度。对于在室温至150℃的范围内的温度下操作，它也是特别有利的，并且在足够薄的粘合剂层中，在20°和70℃之间的温度范围内约为6.3×10-5/K的热膨胀系数低得足以制造(总)热膨胀系数低于±0.5×10-6/K，特别是低于±0.1×10-6/K甚至可以处于±0.02×10-6/K的量级的复合结构体。作为选择，由可在约70°至150℃的温度固化的单组分环氧树脂粘合剂组成的粘合剂层也证明是有利的，藉此可以有利地使用例如LoctiteHysol9509。LoctiteHysol9502和Epo-Tek353ND-T证明是另外的有利选择。根据本专利技术的另一个实施方案，复合结构体包含多个管状隔体，所述隔体是相互平行安置的，以它们的外表面粘合在一起，并且以它们的第一端面粘合到反射镜部件上且以它们的第二端面粘合到支持部件上。例如，所述管可以具有圆形或多面体的横截面。在这种实施方案的情况下，可以制造对望远镜应用尤为重要的特别稳定和高质量的复合结构体。备选地，在作为棱镜的一个实施方案中，复合结构体还可以由粘合在一起的单板状或立方形元件制造。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述粘合剂层由在150℃固化24小时之后质量损失小于1重量％的粘合剂组成。当使用这种粘合剂时，可以避免可能由在复合结构体的最终加工过程中的较高温度造成的缺点。这种最终加工通常包括抛光和涂布，藉此温度可能上升到约100℃至150℃。因此，以这种方式可以避免不需要的质量损失，同时避免由脱气产物引起的对制造的复合结构体的任何损害，所述脱气产物可能沉析到复合结构体的光学活性表面中。根据本专利技术的另一个实施方案中，将具有邻接表面的两个部件接合在一起，在所述部件的至少一个的表面中安置至少一个凹槽，所述凹槽与另一个部件的相对表面形成空腔，其中只有所述空腔填充有粘合剂并且在高于使用温度的温度固化。这具有这样的优点，即复合体的几何结构，特别是它的热膨胀系数主要由零膨胀材料制成的粘合部件确定，并且空腔中的粘合剂化合物仅具有无关紧要和主要是局部的影响。根据本专利技术的再一个实施方案，采用在使用温度范围内具有正的热膨胀系数的粘合剂层，将由在使用温度范围内具有负的热膨胀系数的零膨胀材料制成的两个部件粘合在一起。在这种实施方案中，部件的尺寸、其热膨胀系数、粘合剂层的厚度及其热膨胀系数优选相互匹配，使得复合结构体的总热膨胀系数在使用温度范围内最小化。以这种方式，可以制造在使用范围内具有最小的热膨胀系数的复合结构体，藉此所述系数甚至可以是零。可以将本专利技术的复合结构体用于需要零膨胀材料且其中可能需要减轻重量和/或节约成本的每一种可想到的应用领域中。这些包括在反射镜望远镜中作为镜台，在LCD平版印刷中作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构体，所述复合结构体由零膨胀材料，特别是玻璃陶瓷制成，特别为包含由零膨胀材料，特别是玻璃陶瓷如Ｚｅｒｏｄｕｒ＊制成的多个部件（１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４；４１、４２；５１、５２）的棱镜（６８）或反射镜（１０），所述部件通过至少一个粘合剂层（１７、１９、２６、２８、３０、３２；４４；５７、５８）接合在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：海科科尔曼，赖因哈德希尔舍，豪克埃塞曼，克劳迪娅施托尔茨，托马斯沃纳，乌尔里希波伊谢特，乔斯齐默，
申请(专利权)人：肖特股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]