[发明专利]龙虾眼光学器件球面成形系统与方法

说明书

本发明提供一种龙虾眼光学器件球面成形系统与方法，包括加热炉、球面成形工装、加压系统、真空泵。加压系统包括电机以及电机驱动的丝杆，丝杠的下端通过金属缆绳连接一配重压盘，配重压盘位于球面成型工装的正上方，并可由所述丝杠驱动上下移动。球面成型工装包括热弯上模具、热弯下模具和底座，通过丝杠带动配重压盘下压热弯上模具进行球面热弯成型。球面成型工装为铝陶瓷材质，热弯上模具、热弯下模具的表面形成有微米级圆孔阵列，在热弯成型过程中通过对加热炉内抽真空处理使得龙虾眼型微孔光学元件在软化贴合模具过程中两者之间不产生气泡，同时通过表面的复合膜层防止热弯贴合时与模具发生粘连。

技术领域

本发明涉及龙虾眼光学器件技术领域，具体而言涉及一种龙虾眼光学器件球面成形系统。

背景技术

龙虾眼光学器件是一种基于龙虾眼仿生学原理的X射线光学器件，其主要由几百万个方形微孔阵列制作而成。由于其轻质量化的巨大优势，符合未来天文望远镜追求的主流趋势，可广泛应用于空间科学。

龙虾眼光学器件主要采纳微通道板制作方式进行制作加工的，加工材质为玻璃，但与微通道板存在不同，其主要是方形微孔结构，且未具有一定曲率半径的球面。对于这种特定曲率半径的球面光学器件来说，需采用特定技术制作出这种球面形状。

针对玻璃材质来说，热弯球面成型技术可以实现上述球面结构。结合玻璃材料的特殊性质在高温下通过特定方式将其弯曲成特定曲率半径的球面。对于龙虾眼光学器件来说，其球面成形的复杂程度更高，需确保光学器件内部的数百万个方形微通道指向同一个球心，这关系到最后的射线聚焦性能。在球面成形过程中，球面工装是其重要组成部分，因为在球面成形过程中，龙虾眼光学器件复制的形状来源就是球面工装，这关系到最重成形后的面形和曲率半径数值。为此球面工装成为一个不可忽视的影响因素。

在现有的龙虾眼光学器件球面成形过程中，高温环境是必备，其需将玻璃材质加热到可变形温度区，采用外加力的作用将龙虾眼光学器件缓慢贴合球面工装，这需要对工装和玻璃材质的热膨胀系数进行考虑，确保两者的热膨胀系数可匹配，同时在器件贴合模具过程中工装表面与玻璃材质容易夹杂气泡存在，这对于后续成形后的面形有很大影响。

目前国际上针对龙虾眼光学器件球面成形技术主要采用不锈钢材质，不锈钢材质的热膨胀系数高，影响最终成形后的曲率半径，同时出现玻璃粘结模具现象。在加工过程中无法实现超高精度的球面面形参数，使得龙虾眼光学器件经过球面成形后的球面质量较差，曲率半径等与设计值存在较大差距，最终影响X射线聚焦性能。

现有技术文献：

专利文献1：CN105110610A掠入射型微孔x射线光学元件的热弯装置

发明内容

本发明目的在于提供一种龙虾眼光学器件球面成形系统与方法，在龙虾眼光学器件球面成形过程中可避免气泡和玻璃粘连的缺陷，提高球面成型的质量。

为实现上述目的的第一方面提出一种龙虾眼光学器件球面成形系统，包括：

加热炉；

球面成形工装，设置在加热炉内部中心位置的等温区内；

加压系统，通过支架安装在加热炉的上方，并且通过开口波纹管与加热炉连通；

真空泵，被设置与所述加热炉连接，用于对加热炉进行抽真空；

其中，所述加压系统包括电机以及电机驱动的丝杆，所述丝杆穿过所述开口波纹管进入所述加热炉内，所述丝杠的下端通过金属缆绳连接一配重压盘，配重压盘位于球面成型工装的正上方，并可由所述丝杠驱动上下移动；

所述球面成型工装包括热弯上模具、热弯下模具和底座，热弯下模具放置在底座内，随后将待加工的龙虾眼型微孔光学元件中心对称地放置进热弯下模具内，随后放置热弯上模具，通过所述丝杠带动配重压盘下压热弯上模具进行球面热弯成型；