非晶合金/铍复合反射镜的表面/界面特性与影响机制研究

Be mirrors are irreplaceable in the optical systems for aeronautics and astronautics applications. The preparation of the mirror surface layer is the core technology in Be mirror manufacturing, and limits the development of high-quality Be mirrors in China. It’s of great significance to make technological breakthroughs or develop alternative technologies for the technical progress of optical systems in aeronautics and astronautics fields. Since metallic glasses (MGs) possess high-precision forming ability, by employing the polished monocrystalline silicon wafer as template, the MG mirror surface can be prepared on the Be matrix through thermoplastic forming process. In the present study, the influence of the MGs’ physicochemical properties, rheological behavior in the supercooled liquid region and the Be matrix’s surface states on the surface/interface characteristics of the Be/MG composite mirror will be investigated. The evolution process as well as the influence mechanisms of the Be/MG composite mirror’ surface/interface will also be studied. This study can offer core technologies and provide theoretical as well as technological fundamentals for the preparation of Be/MG composite mirrors. The research results have important scientific significance and practical value.

铍镜是航空航天光学系统中不可替代的重要器件，其镜面层制备为铍镜生产的核心技术，已成为制约我国高质量铍镜生产的瓶颈。因此在技术上取得突破或开发出替代技术对我国航空航天光学系统的发展具有重要意义。本项目拟利用非晶合金成形精度高的特性，采用抛光的单晶硅片作为模板，利用热塑性成形技术在铍镜镜坯表面制备非晶合金镜面层，研究非晶合金物化特性、过冷液相温区流变行为、以及铍镜镜坯表面状态等因素对非晶合金/铍复合反射镜的表面/界面特性的影响规律，揭示非晶合金/铍复合反射镜的表面/界面演化过程以及质量影响机制，开发出非晶合金/铍复合反射镜的核心制备技术，为高质量航空航天用非晶合金/铍复合反射镜的简便制备提供理论和技术基础，研究成果具有重要科学意义和实用价值。

铍镜镜面层制备为制约我国铍镜生产的重要瓶颈，在技术上取得突破或开发出替代技术对我国航空航天光学系统的发展具有重要意义。本项目利用非晶合金热塑性成形开展非晶合金/铍复合反射镜镜面层制备研究，最终制备得到直径为8 mm的非晶合金/铍复合反射镜，复合反射镜镜面高度起伏约为80 nm，具有优异的镜面性能。项目系统研究了非晶合金物化特性、过冷液相温区流变行为以及铍镜镜坯表面状态等因素对非晶合金/铍复合反射镜的表面/界面特性的影响规律。研究发现，非晶合金热膨胀系数与金属铍越接近，非晶合金/铍复合反射镜界面结合越好；非晶合金抗氧化性的提高有利于复合反射镜界面结合能力与镜面质量的提高。推导得到非晶合金热塑性成形充型动力学公式，发现非晶合金热塑性成形时充型阻力主要来自于粘滞力、毛细管力以及氧化层阻力。通过铍镜镜坯表面改性提高镜坯表面粗糙度，有利于非晶合金与镜坯的结合，可大幅提高复合反射镜界面结合性能。经过模拟太空冷热循环处理后，非晶合金/铍复合反射镜镜面质量与界面结合性能未出现显著的衰退，表现出优异的冷热循环稳定性。为实现界面的冶金结合，还开展了非晶合金涂层激光熔覆制备探索研究，获得了较高非晶相含量的涂层，并研究了涂层的腐蚀机制。现有结果表明，利用非晶合金热塑性成形技术有望制备得到性能稳定的非晶合金/铍复合反射镜。