Способ соединения оптических деталей Советский патент 1991 года по МПК G02B7/20 C03C27/04 

И обретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в приборах специального назначения.

Цель изобретения - сохранение оптических характеристик оптической детали в процессе сборки оптического узпа, повышение стойкости к воздействию механических нагрузок, ионизирующих и радиационным лэлучениям„

Способ осуществляют следующим образом.

Между соединяемыми металлической оправой (подложкой) и оптической деталью, имеющей полностью сформированные оптические характеристики, вводится прослойка из многокомпонентного 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,

с 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

зэ

мере в два раза превышающей максимальный размер частиц порошка металла.

Применяют легкоплавкий сплав на основе системы Bi-Pb-In-Sn-Cd-Ga, в частности, сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении,мае.%:

Bi38,4-42,4

Pb14,0-21,0

In18,9-20,9

Sn10,1-12,1

Cd5,3-6,3

Ga2,3-3,3

Сплав обладает коэффициентом объ емкого расширения при плавлении (кристаллизации), близким к нулю, и температурой плавления 39,

В сплав вводят порошок металла (из меди или медно-оловянного сплава) в количестве 20-55 мас.%, причем 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 - оправа (подложка) подвергают термообработке.

Для лучшего заполнения микронеровностей сопрягаемых поверхностен могут применятся низкочастотные (1 - 50 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 Cuglriq., , температура плавления которых составляет 826 и 549 С.

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 непрореагировавших частиц t порошка металла, микропор. Промежутки между этими неоднородностями заполнены менее термостойкими и более плас0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тичными твердыми растворами, образованными компонентами сплава, например, твердьади растворами системы Pb-Sn.

При применении порошка металла с - частицами сферической формы интерме- таллические частицы, группирующиеся вокруг частиц порошка, образуют также скопления сферической формы, причем создается прослойка, в 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 2 раз 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 стекло- металлических зеркал, состоящих чз стеклянной оптической детали, на оптической поверхности которой сформировано зеркальное покрытие, и подложки. Комплект зеркальной оптики включает пять типоразмеров. Внеосевые эллиптические зеркала имеют также эллиптическую боковую поверхность со скосами под углом Ј5 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 соответственно. После нанесения многокомпонентного состава из легкоплавкого сплава и порошка металла оптическую деталь устанавливают на оправку, юстируют, и собранный пакет помещают в приспособление, обеспечивающее фиксацию деталей в отюстирован- Ном 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-Pb- In-Sn-Cd-Ga, содержащий компоненты

3 16

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 ня поверхность соединяемых: деталей толщиной 0,1-0,3 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. Интер- металлиды 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 матевирован- ной стороны стекла. В итоге каркас шва надежно сцепляется с оптической деталью. Температура плавления образованных в шве интерметаллидов

192186

550-830°С, поэтому соединительный шов, прошедший термообработку, сохраняет свои прочностные характеристики до 500°С.

Формула изобретения

Способ соединения оптических де-

талей, 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 температуре термообработки интерметаллические соединения, отличающийся тем, что, с целью сохранения оптических характеристик оптических деталей в процессе сборки оптического узла и повышения стойкости к воздействию механических нагрузок, ионизирующим и радиационным излучением, в промежуточном слое используется порошок металла, соединяющего

частицы сферической (Ьормы, а толщина слоя превышает максимальный размер частиц порошка металла по мень- шей мере в два раза.

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