详述高精度反射镜如何胶粘？(适用于工艺人员)
详述高精度反射镜如何胶粘？(适用于工艺人员)
在光机系统设计中，反射镜与金属基座的高精度粘接是一个关键工艺，需要综合考虑材料特性、热匹配性、胶粘剂性能以及工艺控制。本文将详细介绍这一工艺的具体实施方法，包括材料选择、胶粘剂类型、粘接面积计算、工艺控制要点以及性能验证方法等。
小口径反射镜的安装工艺中，经常使用胶将玻璃与金属粘结在一起，进行有效的固定。这种工艺简单紧凑，同时有足够的机械强度，经受大部分军用和航天应用环境中的剧烈冲击、振动和温度变化。因为该工艺简单，且易操作，稳定可靠，所以常常各种精密的光电仪器中。
1. 材料选择与热匹配
第一，反射镜材料常用光学玻璃（如熔融石英、微晶玻璃）、碳化硅（SiC）或陶瓷，需关注其热膨胀系数（CTE）。第二，金属基座优先选择低膨胀合金（如因瓦合金、钛合金）或与反射镜CTE匹配的金属（如铝硅合金）。
2. 常用胶粘剂
- 环氧树脂：高刚性、低收缩，需添加填料（如二氧化硅）调节CTE（如3M DP420、Epo-Tek 353ND）。
- 3M胶查找方式：可以按照如下，先打开3M中国网站，找到生产制造--粘接及组装--跳转到选型工具--设置好粘接的两种材料及环境要求--筛选出复合要求的粘接剂，我们再根据相关的粘接剂参数及相关实验说明选择即可，如图所示：
- 硅橡胶：高弹性，用于缓解热应力，但刚性不足，适用于低精度场景。
- 紫外固化胶：快速固化，适合小面积粘接（如Norland NOA61）。
3. 粘接面积及厚度计算
胶层厚度控制：理想厚度为0.05~0.2 mm，过厚会引入应力，过薄易导致缺胶。可使用玻璃微珠（如直径50 μm）或精密垫片作为间隔层。
粘接面积计算：如下是最小粘接面积计算公式：
W是光学元件的重量；aG是最恶劣情况下的加速度系数；fs为安全系数，至少为2，才做过程清洁不够或者表面过于光滑，则可以取4；J是粘接区的剪切或拉伸强度 ，这个值是根据粘接剂的。
例子：一块口径为107.95mm的圆形平面圆形微晶反射镜，厚度为17.893mm，利用3M的EC2216A/B粘接剂粘到一块铝合金基板上，安全系数取4，需要承受aG=200的冲击。微晶玻璃的密度是2.53g/cm3,粘接剂的粘接强度是17.24MPa。请计算最小粘接面积和直径是多少？
解：反射镜重量W=π×（100/2/10）^2×15/10×2.53/1000=0.416Kg；最小粘接面积QMIN=2.53×200×4/2500=1.877cm^2；这大口径可以分六点粘接，每个点的面积就是1.877/6=0.313cm^2，对应的直径就是6.334mm。
4. 工艺控制要点
- 表面处理：金属基座可喷砂（Al₂O₃砂，粒度#200）后酸洗（如铝用NaOH溶液）。反射镜需清洁（丙酮→乙醇→去离子水），等离子活化（提高润湿性）。
- 点胶与固化：采用自动点胶机（如Nordson EFD）控制胶量，避免气泡。阶梯固化，室温预固化（24小时）→ 升温（60~80℃, 2小时）释放应力。
- 应力监测：固化过程中用应变片或激光干涉仪（如Zygo干涉仪）实时监测面形变化。
5. 热-机械性能验证
- 热循环测试：温度范围：-40℃~+80℃，循环5次，检测面形误差（PV值<λ/10 @632.8 nm）。
- 振动测试：随机振动（如10~2000 Hz, 10 Grms）后检查胶层无开裂、反射镜位移<1 μm。
- 长期稳定性：高温高湿（85℃/85% RH, 1000小时）老化测试，胶层剪切强度下降<20%。
6. 典型问题与解决方案
- 问题1：低温下胶层脆化导致脱粘
- 方案：改用聚氨酯胶（如Huntsman XB5315）或添加增韧剂。
- 问题2：固化收缩引起镜面畸变
- 方案：优化固化曲线（慢速升温），或采用光固化胶局部修补。
- 问题3：金属-玻璃界面电化学腐蚀
- 方案：金属表面阳极氧化（铝）或镀镍，胶层添加缓蚀剂。
通过以上方法，可实现反射镜与金属基座的亚微米级稳定性，满足高能激光、空间光学等领域的严苛要求。