[发明专利]一种轻质基材薄壁反射镜的制作方法

权利要求书

1.一种轻质基材薄壁反射镜的制作方法，其特征在于，制备得到的轻质基材薄壁反射镜用于装配制作多层嵌套式X射线反射镜，包括以下步骤：

S1：采用近净成形方法制备反射镜轻质基底，制备反射镜轻质基底材料采用热塑性工程塑料，近净成形的方法采用近净尺寸精密注塑成形方法或激光近净成形方法；

步骤S1采用近净尺寸精密注塑成形方法时：

S1-1：将热塑性工程塑料颗粒置于烘箱中，在150℃-160℃下干燥3-4小时，使热塑性工程塑料颗粒含水量降至0.1%以下；

S1-2：根据反射镜形状及尺寸制备反射镜热流道精密模具，制备模具的材料采用Cr12MoV、5CrMnMo或5CrNiMo；

S1-3：对反射镜热流道精密模具进行预热并合模，保持模具温度在180℃-280℃；

S1-4：将干燥的热塑性工程塑料颗粒倒入单螺杆往复式注塑机的料筒中，对料筒进行加热，保持注塑温度在360℃-400℃，注塑机喷嘴温度在380℃-420℃；通过电机带动螺杆将熔融热塑性工程塑料通过喷嘴注射到模具腔体内，注塑压力保持在10MPa-12MPa，注塑时间为5s-6s，然后进行保压，保持压力在50MPa-80MPa，保压时间为5s-10s；

S1-5：对模具腔体进行冷却，使热塑性工程塑料凝固，冷却时间为5min-8min；

S1-6：由脱模机构将制品顶出，完成脱模，采用近净尺寸精密注塑成形方法制得的反射镜壁厚度为0.8mm-1mm；

步骤S1采用激光近净成形方法时：

S1-1：根据预设的反射镜形状及尺寸对反射镜轻质基底进行计算机三维建模，对三维数字模型进行切片离散化处理，得到各层切片的轮廓信息；

S1-2：将轮廓信息逐层输入到选择性激光烧结成型系统中；选用粒径为20μm-50μm的热塑性工程塑料粉末进行逐层烧结，进行每一层烧结前由铺粉辊在工作台上均匀铺满一层热塑性工程塑料粉末，并用刮板刮平，粉末厚度在150μm-200μm；烧结时通过高能激光束按照该层的轮廓信息进行选择性烧结，整个烧结过程在惰性气氛下进行，烧结区温度为380℃-420℃；上一层烧结完毕后，工作台下降一个层厚，由铺粉辊铺设下一层热塑性工程塑料粉末，高能激光束按照下一层轮廓信息进行选择性烧结，直至完成整个反射镜轻质基底的烧结成型；采用激光近净成形方法制得的反射镜轻质基底壁厚度为0.8mm-1mm；

S2：根据反射镜的自由曲面面型，在五轴数控机床上，采用单点金刚石超精密车削方法或超细粒度砂轮超精密磨削方法在轻质基底表面进行超精密成形加工；

步骤S2采用单点金刚石超精密车削方法时：

采用单晶金刚石刀具加工反射镜的自由曲面；采用的单晶金刚石刀具半径为0.1~0.01μm，刀尖与工件表面单点接触，每次进给的切深深度为0.5μm ~0.1μm；加工后的反射镜轮廓面型误差PV0.8μm，圆度误差0.3μm，表面粗糙度Ra20nm；

步骤S2采用超细粒度砂轮超精密磨削方法时：

采用超细粒度砂轮加工反射镜的自由曲面；采用的超细粒度砂轮结合剂为陶瓷结合剂，粒度分布W0.5~W0.25，磨粒种类为金刚石；砂轮结构为小磨头砂轮，砂轮直径φ为50~80mm；砂轮经气动夹具装夹在机床主轴上，砂轮转速6000~9000r/min，每次进给的磨削深度0.5~0.1μm；加工后的反射镜轮廓面型误差PV0.8μm，圆度误差0.3μm，表面粗糙度Ra20nm；

S3：对反射镜轻质基底表面进行金属化，步骤S3具体包括以下步骤：

S3-1：采用氩气和氧气混合等离子体对反射镜轻质基底表面进行等离子体刻蚀；将经过步骤S2处理后的反射镜轻质基底放入等离子体发生器的反应室中，抽真空至0.5×10^-4Pa以下，利用射频源将氩气和氧气的混合气体电离成为等离子体，控制等离子气体流量为150ml/min-250ml/min，轰击反射镜轻质基底表面进行刻蚀；

S3-2：采用CrO₃-H₂SO₄溶液对反射镜轻质基底进行化学刻蚀；将反射镜轻质基底放入65℃-70℃的CrO₃-H₂SO₄溶液中腐蚀5 min -6min；

S3-3：采用真空蒸镀法对反射镜轻质基底进行表面金属层镀覆；

S3-4：真空蒸镀之前采用丙酮对反射镜轻质基底进行去油去污处理，并进行干燥；反射镜轻质基底进行去油去污处理后在50℃-70℃下干燥2小时以上；

S3-5：将干燥后的反射镜轻质基底放入真空蒸镀设备的腔体内，抽真空至0.5×10^-4Pa以下；对金属靶材进行加热，金属靶材的加热温度保持在2500℃以上；使金属靶材在反射镜轻质基底表面形成金属镀层薄膜；停止加热，冷却腔体至室温，充入惰性气体恢复至大气压，将完成表面金属化后的成品取出；

S4：采用磁流变抛光方法或离子束抛光方法对完成表面金属化的反射镜轻质基底进行抛光得到反射镜，使反射镜轻质基底的表面Ra小于1nm；

步骤S4采用磁流变抛光方法：

采用的磁性球面抛光轮的结构为直径50~80mm的球面，磁性球面抛光轮的磁场强度由内部的电磁铁控制，运动轨迹通过五轴数控系统控制，抛光轮转速为300~500r/min；

采用的磁流变抛光液的各成分体积百分比：0.5~0.8%的表面活性剂、0.5%~1.5%的分散剂，5~10%的氧化铈或氧化铝或碳化硅或金刚石微粉、30~40%的羰基铁粉，其余为去离子水；

加工后的反射镜轻质基底的表面粗糙度Ra1nm；

步骤S4采用离子束抛光方法时：

首先需将反射镜置于等离子体发生器的反应室中，抽真空至0.5×10^-4Pa以下；其次，在放电室内，利用射频源将气体电离成为等离子体，所述气体为氩气、氮气和氧气中的一种或几种混合，控制射频功率在160~200W、气体流量在8~12sccm，保持反应室等离子体浓度恒定，控制离子能量电压在1.2~1.6KeV；加工后的反射镜轻质基底的表面粗糙度Ra1nm；采用形貌在线测量系统可以实时反馈加工表面形貌特征，对高点区域进行识别，并控制高能离子束的轰击位置和驻留时间，实现对表面特定高点区域的精确去除。