[发明专利]碳纤维复合材料反射镜的制备方法及相关反射镜

说明书

本发明提供了一种碳纤维复合材料反射镜的制备方法和碳纤维复合材料反射镜，包括制备反射镜面板、反射镜径向加强筋、反射镜圆周方向加强筋和反射镜背板的步骤，以及将反射镜面板、反射镜径向加强筋、反射镜圆周方向加强筋和反射镜背板组装成碳纤维复合材料反射镜的步骤。本发明提供的碳纤维复合材料反射镜的制备方法及碳纤维复合材料反射镜，能够在保证反射镜面形精度的前提下，实现反射镜的高轻量化率和小批量的低成本制备。

技术领域

本发明涉及光学元件结构技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料反射镜的制备方法及碳纤维复合材料反射镜。

背景技术

随着光学成像技术的进步，光学成像系统向着大口径、高分辨率、高机动灵活性和高自动化方向发展。然而，增大光学系统的口径、提高光学系统的分辨率，会引起反射镜重量和体积的增加，同时与之配套的支撑结构的重量增加更为明显。这将对光学成像系统的机动灵活性带来很大的影响，特别是对于空间光学设备，光学系统的重量将直接影响发射成本。光学反射镜的轻量化是实现光学系统轻量化的一个关键点。

光学反射镜的轻量化需要制造材料具有高的比刚度，相对Zerodur、SiC等传统的反射镜材料，碳纤维复合材料具有比刚度较高、热膨胀系数低、力学性能可设计等诸多优点。同时，碳纤维复合材料具有良好的成型工艺性，能够最大程度地调和反射镜的大口径和轻量化之间的矛盾。

采用碳纤维复合材料制备反射镜可以实现反射镜的轻量化，同时碳纤维复合材料还可作为光学系统支撑结构的制造材料，使得光学反射镜和支撑结构采用同种材料制成，通过碳纤维复合材料的铺层角度设计可以解决反射镜与光学支撑结构热膨胀系数不匹配问题。

传统的碳纤维复合材料反射镜的结构形式为全封闭的蜂窝夹层结构，上面是碳纤维复合材料面板，中间是蜂窝夹层材料，下面是碳纤维复合材料背板，这种结构存在如下问题：

一、反射镜为全封闭结构，承载效率没有半封闭结构高。

二、蜂窝材料的热膨胀系数与面板材料不一致，导致反射镜的热稳定性不好。

三、蜂窝的承载特性具有明显的方向性，抗弯、抗压性能比较好，抗剪切性能比较差，导致反射镜的纵向变形比较大，整体尺寸稳定性差。

四、曲面成型困难。对于平面反射镜，蜂窝与上下面板的连接比较容易，而对于曲面反射镜，很难保证蜂窝与面板的紧密贴合。如果蜂窝与面板的贴合不好，将会影响蜂窝与面板的粘接均匀性和粘接强度。

因此，亟需提出一种新的碳纤维复合材料反射镜的结构形式，并研究其制备方法，以实现反射镜的高轻量化率和高尺寸稳定性。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供一种碳纤维复合材料反射镜的制备方法及碳纤维复合材料反射镜，在保证反射镜面形精度的前提下，实现反射镜的高轻量化率和小批量的低成本制备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种碳纤维复合材料反射镜的制备方法，包括：

步骤1、制备反射镜面板：将碳纤维复合材料预浸料铺贴至反射镜面板模具上，真空固化成型；

步骤2、制备反射镜径向加强筋：将碳纤维复合材料预浸料铺贴到平面模具上，真空固化得到碳纤维复合材料平板，通过切削加工碳纤维复合材料平板，得到与反射镜面板形状匹配的反射镜径向加强筋；

步骤3、制备反射镜圆周方向加强筋：将碳纤维材料预浸料铺贴到圆筒模具上，真空固化得到碳纤维复合材料圆筒，通过切削加工圆筒，得到反射镜圆周方向加强筋；

步骤4、制备反射镜背板：将碳纤维复合材料预浸料铺贴到平面模具上，真空固化得到碳纤维复合材料平板，通过切削加工碳纤维复合材料平板，得到反射镜背板；