Способ изготовления тонкопленочного светоотражающего элемента для оптических систем

Изобретение относится к технологии изготовления светоотражающих элементов сложной сферической или конусовидной формы для оптических систем и может быть использовано для получения высокоточных оптических элементов астрономических зеркал. Способ включает предварительную химико-механическую обработку поверхности сложнопрофильных деталей и формирование металлизированного отражающего слоя, формирование которого проводят после предварительной химико-механической обработки, последовательного нанесения подслоя химического цинка и никель-фосфорного слоя толщиной до 200 мкм, который подвергают полировке до 6-8 Å с получением дублируемой поверхности матрицы, которую пассивируют в растворе бихромата калия и формируют отражающий слой золота в цитратном электролите следующего состава, г/л: дициано-(1)аурат калия 8-12 (по Au), калий лимоннокислый 30-80, кислота лимонная 15-40, при плотности тока 0,5 А/дм², температуре 55-60°C в течение 15-20 минут, и несущий слой гальванического никеля, после чего полученную металлизированную реплику снимают с матрицы методом термоудара с образованием тонкопленочного светоотражающего элемента для последующей установки его в оптическую систему. Технический результат: обеспечение повышения оптических, геометрических показателей и механической прочности металлизированного отражающего слоя. 1 пр., 1 ил.

 

Изобретение относится к области технологии изготовления светоотражающих элементов сложной формы (сферической или конусовидной формы) для оптических систем и может быть использовано для получения высокоточных светоотражающих оптических элементов астрономических зеркал.

Известен из предшествующего уровня техники способ изготовления светоотражающих элементов оптических систем (патент РФ №02156487, МПК G02B 26/02, опубл. 20.09.2000 г.), согласно которому предварительно подготовленную отполированную подложку (матрицу) покрывают металлодиэлектрическим покрытием и слоем высокоотражающего металла (серебром или золотом) толщиной 0,03-0,06 мкм, что обеспечивает высокие светоотражающие свойства готового зеркала.

Известен, в качестве прототипа заявляемого, способ получения светоотражающих элементов для оптических систем термическим газофазным разложением соединений золота и платины (патент РФ №01840420, МПК C23C 14/00, опубл. 20.03.2007 г.), которое проводят в смешанном газовом потоке, осаждение металла ведут при температуре подложки 190÷250°C с одновременным отводом из зоны реакции органических продуктов разложения, что обеспечивает повышение коэффициента отражения покрытия готового изделия, адгезии, чистоты и стойкости к механическим воздействиям.

К недостаткам аналогов относится проблематичность изготовления деталей с высокой степенью точности воспроизводимого в реплике сложной формы профиля матрицы и соблюдения требований по чистоте обработки поверхности и минимизации массы готовых изделий.

Задачей авторов изобретения является разработка способа изготовления тонкопленочного светоотражающего элемента сложного профиля для оптических систем, обеспечивающего высокие оптические (коэффициент светоотражения) и геометрические показатели (толщина и точность воспроизведения профиля матрицы в снимаемой металлизированной реплике), заданные показатели адгезии покрытия к матрице и механической прочности, достаточные для реализации этапов высокоинтенсивной механической обработки матрицы и последующего снятия реплики.

Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении повышения оптических (коэффициента светоотражения) и геометрических показателей (равнотолщинность и дублирование профиля матрицы в снимаемой металлизированной реплике), показателей адгезии никель-фосфорного покрытия к матрице и его механической прочности, достаточных для проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы с покрытием, и последующего снятия реплики.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе изготовления тонкопленочного светоотражающего элемента для оптических систем, включающем предварительную химико-механическую обработку поверхности деталей, формирование металлизированного отражающего слоя, согласно изобретению формирование металлизированного светоотражающего слоя производят после предварительной химико-механической обработки, нанесения последовательно подслоя химического цинка, нанесения никель-фосфорного слоя толщиной до 200 мкм, который подвергают термообработке до 400°C и высокоинтенсивной полировке до 6-8Å с получением дублируемой поверхности матрицы, после обезжиривания дополнительной операции поверхностной пассивации поверхности матрицы в растворе бихромата калия, последующим формированием последовательно отражающего слоя золота на поверхности матрицы в цитратном электролите следующего состава (г/л):

дициано-(1)аурат калия	8-12 (по Au)
калий лимоннокислый	30-80
кислота лимонная	15-40

при плотности тока 0,5 А/дм², температуре 55-60°C в течение 15-20 минут и затем несущего слоя гальванического никеля, после чего полученную металлизированную реплику снимают с матрицы методом термоудара с образованием тонкопленочного светоотражающего элемента для последующей установки его в оптическую систему.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

Первоначально подготавливают поверхность заготовки (матрицы заданного геометрического профиля) для сложнопрофильных деталей традиционными методами химико-механической обработки, обезжиривания, травления. Процесс травления ведут в растворе состава (г/л): кислота азотная, кислота фтористоводородная; вода в соотношении соответственно 1:1:10, после чего все продукты травления поверхности смывают водой.

Затем на подготовленные поверхности заготовки сложнопрофильных деталей наносят промежуточный цинковый слой методом химического осаждения из многосоставного цинксодержащего раствора, с последующим удалением этого слоя, что необходимо для активирования поверхности покрываемых сложнопрофильных деталей (матрицы) и повышения адгезии к ним впоследствии наносимого никель-фосфорного покрытия.

Далее производят повторное нанесение пленки цинка аналогичным методом.

После этого путем химического восстановления из раствора смеси многосоставных соединений никеля и фосфора в один прием при температуре 80-90°C наносят никель-фосфорный слой толщиной до 200 мкм, термообрабатывают в диапазоне температур до 400°C, что способствует повышению адгезионно-механических показателей прочности получаемых покрытий и обеспечивает возможность проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы до чистоты 6-8 Å. Такая высокая степень чистоты обработки поверхности необходима для точного последующего дублирования геометрии матрицы в создаваемой впоследствии слоистой снимаемой реплике.

Полученная указанным образом матрица изготовлена с поверхностью, соответствующей профилю готового изделия.

После обезжиривания и промывки водой производят пассивацию матрицы с нанесенными слоями покрытий в растворе бихромата калия для уменьшения адгезии тонкопленочного элемента к поверности матрицы.

Тонкопленочный светоотражающий элемент толщиной 280-300 мкм получают путем золочения по никель-фосфорному слою матрицы в цитратном электролите состава (г/л):

дициано-(1) аурат калия	8-12 (по Au)
калий лимоннокислый	30-80
кислота лимонная	15-40

при плотности тока 0,5 А/дм², температуре 55-60°C в течение 15-20 минут и последующего нанесения слоя никеля гальваническим методом из сульфаминового электролита состава (г/л):

никель сульфаминовый	300-400
никель двухлористый	12-15
кислота борная	25-40
натрий лаурилсульфат	0,01-0,1
сахарин	0,008

при плотности тока 2,5 А/дм², температуре 55-60°C в течение 8 часов.

После очередной промывки водой, сушки заготовки осуществляют снятие тонкопленочной реплики из слоев золото-никель методом термоудара, полученные образцы тонкопленочного светоотражающего элемента подвергают контрольным испытаниям по оптическим и механическим показателям.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа изготовления тонкопленочного светоотражающего элемента для оптических систем обеспечивается повышение оптических (коэффициента светоотражения), за счет точного дублирования геометрических показателей (толщина и воспроизведение профиля матрицы в снимаемой металлизированной реплике), показателей адгезии финишного никель-фосфорного покрытия к матрице и механической прочности, достаточных для проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы и последующего снятия реплики.

Возможность промышленной реализации предлагаемого изобретения подтверждается следующим примером реализации.

Пример 1. Предлагаемый способ был реализован в лабораторных условиях на заготовках из алюминиевого сплава АмГ6, покрытых никель-фосфорным покрытием и отполированных до 6-8 Å. Способ включал в себя следующие операции:

- обезжиривание в растворе состава (г/л): - тринатрий фосфат 45-55;

- кальцинированная сода 45-55;

при температуре 50-60°C в течение 10 минут;

- промывка в горячей воде;

- промывка в холодной воде;

- пассивация в растворе бихромата калия (2 г/л) при комнатной температуре в течение 3 минут.

- промывка в холодной воде;

- золочение в цитратном электролите состава (г/л):

дициано-(1)аурат калия	8-12 (по Au)
калий лимоннокислый	30-80
кислота лимонная	15-40

при плотности тока 0,5 А/дм², температуре 55-60°C в течение 15-20 минут;

- промывка в горячей воде;

- никелирование в сульфаминовом электролите состава (г/л):

никель сульфаминовый	300-400
никель двухлористый	12-15
кислота борная	25-40
натрий лаурилсульфат	0,01-0,1
сахарин	0,008

при плотности тока 2,5 А/дм², температуре 55-60°C в течение 8 часов.

- промывка в горячей воде;

- промывка в холодной воде;

- снятие реплики.

На фиг.1 представлен вид никелевой реплики с золотым светоотражающим слоем, изготовленным методом гальванопластики.

Как показали эксперименты, при использовании предлагаемого способа обеспечивается повышение оптических показателей (коэффициента светоотражения) за счет точного дублирования геометрических (толщина и воспроизведение формы матрицы в снимаемой металлизированной реплике) показателей, показателей адгезии никель-фосфорного покрытия к матрице и механической прочности, достаточных для проведения высокоинтенсивной механической обработки матрицы и последующего снятия реплики.

Способ изготовления тонкопленочного светоотражающего элемента для оптических систем, включающий предварительную химико-механическую обработку поверхности сложнопрофильных деталей и формирование металлизированного отражающего слоя, отличающийся тем, что формирование металлизированного отражающего слоя производят после предварительной химико-механической обработки, последовательного нанесения подслоя химического цинка, нанесения никель-фосфорного слоя толщиной до 200 мкм, который подвергают высокоинтенсивной полировке до 6-8 Å с получением дублируемой поверхности матрицы, поверхность которой пассивируют в растворе бихромата калия с последующим формированием отражающего слоя золота на поверхности матрицы в цитратном электролите следующего состава, г/л:

дициано-(1)аурат калия	8-12 (по Au)
калий лимоннокислый	30-80
кислота лимонная	15-40,

при плотности тока 0,5 А/дм², температуре 55-60°C в течение 15-20 минут, и несущего слоя гальванического никеля, после чего полученную металлизированную реплику снимают с матрицы методом термоудара с образованием тонкопленочного светоотражающего элемента.