Способ соединения оптических деталей

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах специального назначения. Иепь изобретения - сохранение оптических характеристик олтической детали в процессе сборки orr шческого узла, повышение стойкости к воздействию механических нагрузок, ионизирующим и радиационным излучениям . Между соединяемыми металлической оправой и оптической деталью вводится прослойка из многокомпонентного состава, содержащего легкоплавкий сплав и порошок металла, отверждение состава проводится термообработкой при температуре, равной температуре плавления сплава, но не превышающем максимальной температуры эксплуатации узла, в сплав вводятся компоненты, образующие при температуре обработки интерметаллические соединения с металлом порошка. На основе этих соединений формируется соединительный шов. SS

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4351117/10 (22) 29.12.87 (46) 07.01.91, Бюл. 1(- 1 (71) Особое конструкторское бюро Института космических исследований

АН СССР (72) Е,Г.Грин, В.Н.Кашин и А.Н.Белокуров (53) 666. 1.037. 5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1511230, кл . С ОЗ С 27/04, 28.07.88, (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

ДЕТАЛЕР (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах специального назначения. Пель изобретения — сохранение сптических характеристик оптиИ"обретение относится к оптичес1 кому прчборостроению и может быть использовано в приборах специального назначения.

Пель изобретения — сохранение оптических характеристик оптич ской детали в процессе сборки оптического узпа, повышение стойкости к воздействию механических нагрузок, ионизирующих и радиационным лзлучениям.

Способ осуществляют следующим образом.

Между соединяемими металлической оправой (подложкой) и оптической деталью, имеющей полностью сформиров. нные оптическиг. характеристики, вводи гся прослойка из многокомпонен(5!)5 Г О? В 7/20, С 03 С 27/04

2 ческой детали в процессе сборки оп= тического узла, повышение стойкости к воздействию механических нагрузок, ионизирующим и радиационным излучениям. Между соединяемыми металлической оправой и оптической деталью вводится прослойка из многокомпонентного состава, содержащего легкоплавкий сплав и порошок металла, отверждение состава проводится термообработкой при температуре, равной температуре плавления сплава, но не превышающем максимальной температуры эксплуатации узла, в сплав вводятся компоненты, образующие при температуре обработки интерметаллические соединения с металлом порошка. На основе этих соединений формируется соединительный шов. тного состава, содержащего легкоплавкий сплав и порошок металла. При этом сборка пакета и отверждение состава термообработкой выполняются при температуре, равной температуре плавления сплава,но не превышающей максимальной температуры эксплуатации узла. Применяется легкоплавкий сплав, 1 о коэффициентом объемного расширения при кристаллизации, близким к нулю. В сплав вводятся компоненты, образующие при температуре термообработки интерметаллические соединения с металлом порошка и твердые растворы друг с другом. Порошок металла| применяют сферической формы. Состав наносится слоем толщиной, по меньшей

1619218 мере в дна раза превышающей максималь- ный размер частиц порошка металла.

Применяют легкоплавкий сплав на основе системы Bi-Pb-In-Sn-Cd-Ga в

9 частности, сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении,мас.7.:

Bi 38,4-42,4

Pb 19,0-21,0

In 18,9-20,9 10

Sn 10 1-12 1

Cd 5,3-6,3

Га 2,3 -3,3

Сплав обладает коэффициентом объемного расширения при плавлении 15 (кристаллизации), близким к нулю, и температурой плавления 39,7-40 5,С

В сплав вводят порошок металла (из меди или медно-оловянного сплава) в количестве 20-55 мас.Х при- 20 чем применяют; порошок с частицами сферической формы.

После тщательного перемешивания полученный состав наносят при температуре, превышающей температуру плавления легкоплавкого сплава, на поверхность соединяемых деталей. Детали фиксируют друг относительно друга и полученный пакет оптическая деталь. — промежуточная прослойка — опрана (подложка) подвергают термообработке.

Для лучшего заполнения микронеровностей сопрягаемых поверхностей могут применятся низкочастотные (150 Гц) или ультразвуковые колебания при нанесении многокомпонентного состава.

В процессе термообработки состава вследствие диффузии компонентов легкоплавкого сплава в зерна порошка и в материал соединяемых деталей, образуются интерметаллические фазы типа Cu>In<, Си СЙ, температура плавления которых составляет 826 и 549 С.

О

На основе этих соединений формируется каркас соединительного шва. В процессе термообработки, происходит затвердевание материала промежуточной прослойки, причем формируется определенная микроструктура этой прослойки, характеризующаяся наличием равномерно распределенных в объеме прослойки микронеоднородностей из тугоплавких интерметаллических частиц, остатков непрореагированших частиц

55 порошка металла, микропор. Промежутки между этими неоднородностями заполнены менее термостойкими и более пластичными твердыми растворами, образованными компонентами сплава, например, твердыми растворами системы Pb-Sn.

При применении порошка металла счастицами сферической формы интерметаллические частицы, группирующиеся вокруг частиц порошка, образуют также скопления сферической формы, причем создается прослойка, н которой максимальный размер микронеоднородностей значительно меньше, чем толщина самого промежуточного слоя, так как состав из легкоплавкого сплава и порошка металла наносится слоем толщиной, по меньшей: мере в ? раза превышающей максимальный размер частиц порошка металла.

Применение легкоплавкого сплава с коэффициентом объемного расширения при плавлении, близким к нулю. и низкая температура всех технологических операций предлагаемого процесса (не превышающая максимальной температуры эксплуатации оптического узла) позволяют уже при изготовлении узла создать плавный переход от оптической детали к металлической, обладающий низким уровнем внутренних напряжений.

Пример. Изготовление стеклометаллических зеркал, состоящих чз стеклянной оптической детали, на оптической поверхности которой сформировано зеркальное покрытие, и подложки. Комплект зеркальной оптики включает пять типоразмеров. Внеосеные эллиптические зеркала имеют также эллиптическую боковую поверхность со о скосами под углом.45 на большей оси, с размерами большой оси 8,5-15 мм, а малой оси 7,5-15 мм. Эллиптическое кольцевое зеркало имеет внешний диаметр 27 мм, внутренний 16 мм, а сферическое кольцевое 40 и 26 мм соотнетственно. После нанесения многокомпонентного состава из легкопланкого сплава и порошка металла оптическую деталь устанавливают на оправку, юстируют, и собранный пакет помещают в приспособление, обеспечивающее фиксацию деталей в отюстированном положении. Производят термообработку соединительного шва для отверждения и формирования микроструктуры материала прослойки.

Применяют состав, содержащий

45 мас.% порошка меди и 55 мас._#_ легкоплавкого сплава системы Bi-PbIn-Sn-Cd-Га, содержащий компоненты ормулаиэобретения

Составитель С.Орешин

Редактор И.Дербак Техред Л.Олийнык Корректор В.Гирняк

Заказ 46 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

161 в указанном количестве и имеющий температуру плавления не более 40,5 С.

Порошок меди применяют с частицами сферической формы и размерами не бо- лее 50 мкм. Этот состав наносят на поверхность соединяемых деталей толщиной О, (-0,3 мм. Термообработку проводят при 100 С в течение 80 ч.

Затвердение припоя происходит за счет диффузионных процессов, приводящих к образованию интерметаллических соединений между элементами жидкой фазы припоя, наполнителем и материалом соединяемых деталей, Интерметаллиды припоя образуют каркас шва, который надежно сцепляется с поверхностью луженных металлических деталей за счет образования диффузионных зон, состоящих из твердых растворов и ряда химических соединений.

Хорошая адгезия ДТП со стеклянной деталью обеспечивается низким коэффициентом поверхностного натяжения легкоплавкой составляющей припоя, что приводит к высокой смачиваемости паяемой поверхности зеркала. Применение ультразвука способствует заполнению микронеровностей матевированной стороны стекла. В итоге каркас шва надежно сцепляется с оптической деталью. Температура плавления образованных в шве интерметаллидов

9218

550-830 С, поэтому соединительный шов, прошедший термос бработку, сохраняет свои прочностные характеристики до

500 С.

Способ соединения оптических деталей, заключающийся в сборке пакета оптическая деталь — промежуточный слой — металлическая деталь и последующей его термообработке, причем промежуточный слой выполнен из металлического композиционного материала, содержащего легкоплавкий сплав с коэффициентом объемного расширения при плавлении, близким к нулю, и порошок металла, образующие при тем20 пературе термообработки интерметаллические соединения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сохранения оптических характеристик оптических деталей в процессе сборки оп25 тического узла и повышения стойкости к воздействию механических нагрузок, ионизирующим и радиационным излучением, в промежуточном слое используется порошок металла,. соединяющего частицы сферической формы, а толщина слоя превышает максимальный размер частиц порошка металла по меньшей мере в два раза,