ЗЕРКАЛО Российский патент 2000 года по МПК C03C17/23 C23C4/10 G02B5/08 

Изобретение относится к области оптических инструментов, создающих световое изображение предметов любой геометрической конфигурации. Такие инструменты предназначены для использования в приборостроении, медицине, авиации, железнодорожном и автомобильном транспорте, быту.

Первые несовершенные типы зеркал изготавливали путем полирования поверхностей металлических заготовок до 5-7 класса чистоты. Процесс полировки отличался высокой трудоемкостью и не мог обеспечить получение хороших результатов вследствие окисляемости полированных отражающих поверхностей. Более совершенные типы зеркал получали путем нанесения отражающих амальгированных покрытий на металлические поверхности.

Недостатком таких зеркал является их высокая токсичность, обусловленная использованием в процессе амальгирования ртути.

Разработка способа окисления альдегидов оксидом серебра позволила существенно расширить применение зеркал и улучшить их качество. Однако вследствие незначительной механической прочности нанесенный на поверхность подложки слой серебра быстро разрушался под влиянием внешних воздействий и зеркало приходило в негодность. В настоящее время используют зеркала, отражающий слой которых нанесен гальванически или путем напыления.

В частности, известно зеркало (1), представляющее собой подложку с гальваническим нанесенным слоем никеля.

Недостатком данного устройства следует признать невозможность получения неокрашенного, нетускнеющего с течением времени, химически неактивного светоотражающего покрытия.

Известно зеркало (2), представляющее собой подложку, на поверхность которой напылен слой из оксидов титана и/или тантала, и/или вольфрама, и/или циркония, и/или олова и мелкодисперсного золота.

Недостатком данного зеркала следует признать слабое изображение предметов из-за малого коэффициента отражения и окрашенность.

Известно также зеркало (3), представляющее собой подложку из стекла с композитным покрытием из оксидов кремния и титана, нанесенным путем пиролитического разложения кремнийорганических и титаноорганических соединений.

Недостатком такого зеркала следует признать невысокую химическую стойкость отражающего покрытия.

Прототипом можно признать зеркало (4), состоящее из подложки, с нанесенным на нее сглаживающим слоем, отражающим слоем из алюминия и высокопрозрачным композитным слоем защитного покрытия, состоящим из диоксида циркония, толщиной 0,5-5 мкм. Подложка выполняется из металла.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции зеркала с неокрашенным химически и высокопрочным к воздействию механических, химических и температурных факторов слоем защитного покрытия с малым коэффициентом поглощения света.

Технический эффект, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в получении зеркал, которые могут быть использованы в любой области науки, техники, транспорта, медицине и в быту.

Сущность изобретения состоит в получении зеркала, содержащего подложку с нанесенным на нее защитным слоем диоксида циркония, толщиной от 0,5 до 1,4 мкм, отличающегося от прототипа тем, что поверхность подложки соответствует не менее, чем 9 классу чистоты, а диоксид циркония легирован до содержания примесей 10^-5 - 10^-10 атомных процентов.

При изготовлении зеркала может быть использована подложка из металла или из другого твердого материала. Рабочая (отражающая поверхность ее предварительно обрабатывается до не менее 9 класса чистоты, то есть до качества, при достижении которого геометрические размеры нарушений идеальности структуры поверхности материала (выступы, впадины, раковины, микротрещины и др.) сравнимы с атомными размерами. Полезные технические характеристики такого зеркала достигаются за счет использования нового конструкционного материала - легированного диоксида циркония, который отличается высокой механической прочностью (8,5 - 9,0 по шкале Мооса), высоким пределом прочности на изгиб (800 - 1200 МПа), высокой трещиностойкостью.

Коэффициент термического расширения диоксида циркония в диапазоне рабочих температур (-40^oC до +50^oC) может хорошо согласовываться с аналогичными коэффициентами большинства материалов, используемых в качестве подложек, путем контролируемого введения примесных атомов, преимущественно редкоземельных элементов.

Диоксид циркония сохраняет высокие механические характеристики при температуре до 1000^oC в воздушной среде, является устойчивым к воздействию агрессивных химических сред (кислоты, щелочи, органические вещества), обладает низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, является биологически инертным.

Комплекс физических и химических свойств диоксида циркония, используемого в качестве защитного покрытия отражающей поверхности зеркала, позволяет получать экологически безопасные изделия, эксплуатационный ресурс которых в 5-10 раз превышает соответствующий показатель прототипа. Геометрическая конфигурация и форма поверхности зеркала с защитным покрытием из диоксида циркония могут быть произвольными. Покрытие может быть плоским, выпуклым или вогнутым.

Вышеперечисленные предпочтительные варианты реализации изобретения не ограничивают возможности его практической реализации. Однако использование покрытия из диоксида циркония на отражающей поверхности зеркала является необходимым условием реализации изобретения. Кроме того, возможно нанесение подслоя серебра толщиной 0,05-1,0 мкм между подложкой и защитным слоем диоксида циркония для повышения коэффициента отражения света.

Изобретение может быть реализовано следующим образом.

Из стального листа вырубают заготовку необходимой формы и размера. Полученную заготовку обезжиривают в бензине и электрохимически в стандартном растворе, содержащем гидроокисел натрия и карбонат натрия с последующим промыванием заготовки в горячей и холодной воде. Обезжиренную заготовку протравливают сначала в растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной холодной воде. Затем поверхность подложки подвергают электронному травлению, после чего повторно подвергают травлению в растворе соляной кислоты и промывке в дистиллированной воде при температуре 20 - 25^oC. Качество обработки поверхности соответствует 9-10 классу чистоты. На подготовленную поверхность подложки методом высокочастотного плазменного напыления, лазерного напыления, реактивного катодного распыления или высокотемпературного вакуумного напыления наносят слой защитного покрытия из диоксида циркония толщиной 0,5-1,4 мкм с содержанием примесей в количестве 10^-5 - 10^-10 атомных процентов. После этой операции подложки с нанесенным защитным слоем обезжиривают в этаноле.

Полученное таким образом зеркало содержит неокрашенное, химически и механически стойкое покрытие и может быть использовано в любых областях науки, техники, транспорта, медицины и в быту.

Источники информации
1. Патент США N 3493428, кл. C 03 C 17/06, 1970 г.

2. Патент США N 3619235, кл. C 03 C 17/06, 1971 г.

3. Авторское свидетельство СССР N 129313, кл. C 03 C 17/25, 1960 г.

4. Патент США N 4431268, кл. G 02 B 5/08, 1984 г.

Использование: изобретение относится области оптических устройств, создающих видимое световое изображение предметов, а именно плоских, вогнутых, выпуклых отражательных элементов - зеркал, используемых в приборостроении, технике, транспорте, медицине, быту. Технический результат изобретения - получение зеркала с неокрашенным, химически стойким, высокопрочным защитным покрытием. Зеркало представляет собой подложку произвольной геометрической конфигурации, на которую методом высокочастотного плазменного напыления, лазерного напыления, реактивного катодного распыления или высокотемпературного вакуумного напыления нанесен защитный слой диоксида циркония, беспримесного или с содержанием примесей атомов редкоземельных и/или других химических элементов с концентрацией примеси 10^-5-10^-10 атомных процентов. 1 с. и 6 з.п. ф-лы.

1. Зеркало, содержащее подложку с нанесенным на нее методом напыления защитным слоем диоксида циркония толщиной 0,5 - 1,4 мкм, отличающееся тем, что поверхность подложки соответствует не менее чем 9 классу чистоты, а диоксид циркония легирован до содержания примесей 10^-5 - 10^-10 атомных процентов. 2. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что используют высокочастотное плазменное напыление, или лазерное напыление, или реактивное катодное распыление, или высокотемпературное вакуумное напыление. 3. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что для легирования используют редкоземельные элементы. 4. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что защитный слой выполняют плоским. 5. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что защитный слой выполняют выпуклым. 6. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что защитный слой выполняют вогнутым. 7. Зеркало по п.1, отличающееся тем, что перед напылением на подложку защитного слоя на нее наносят слой серебра толщиной 0,05 - 1,0 мкм.