面高精度复制技术，具体步骤为:
[0026]I)复制模具设计和制作
[0027]根据光学镜面的结构特点和面型精度等要求，在不锈钢模坯工作面采用高精度打磨抛光技术加工出高精度不锈钢模具，模具面型精度PV=lwii，RMS = 0.1ym，满足光学镜面对复制模具的精度要求。
[0028]2)预浸料参数及镜面铺层顺序设计
[0029]根据光学镜面的力学性能要求，特别是结构刚性的要求，使用数值模拟分析和实验验证的方法，设计镜面的铺层顺序。铺层顺序设计为[45/-45/0/90/22.5/67.5/-22.5/-67.5]s。设计的预浸料的单层厚度为0.1mm，树脂含量约在34%?38%，固化温度为高温固化，固化温度在170 °C?180 °C。
[0030]3)预浸丝裁切
[0031]预浸料由碳纤维和树脂基体复合而成，采用热熔法制备。采用自动切丝机将预浸料裁切出标准丝束。
[0032]4)自动铺丝技术铺放预浸丝
[0033]根据镜面的尺寸，确定铺丝路径的丝束数，丝束宽度为12.8mm。将步骤3)制备的预浸丝，采用自动铺丝设备按照同一的路径设定将12.8mm宽丝束铺放于模具表面，镜面铺丝路径不变;将每一铺层顺序角度通过旋转模具来实现需要铺放预浸丝层的铺层角度。铺层过程中，分别在完成第1、5、9、13和16层铺层后进行3次抽真空压实。镜面厚度<2mm，不进热压罐压实。
[0034]5)固化
[0035]将步骤4)得到的待固化产品包覆辅助材料，并固定刚性外阴模，然后将产品放入热压罐内，对待固化产品抽真空固化，得到光学镜面。
[0036]该碳纤维复合材料空间光学镜面，镜面直径Φ 600mm± 0.5mm； R= 1600mm，厚度为2mm ο
[0037]镜面制造材料使用的树脂基体为氰酸酯树脂。预浸料制作用的纤维为日本东丽的T800碳纤维，还可以使用如日本东丽的M40J、M55J，美国Hexcel的IM7、HM63等。
[0038]步骤5)中固化过程是在热压罐内进行的，固化温度175°C，固化时间6h，热压罐内压力 0.6Mpa。
[0039]此复制技术，采用工艺模拟分析及实验验证，确定合适的氰酸酯/碳纤维预浸料体系，以及预浸料厚度和铺放顺序;采用自动铺丝技术实现大尺寸曲面结构光学镜面的预浸丝铺放，精准控制预浸丝的铺放角度，保证全铺层角度的高质量复制。复制出镜面的面型精度高，重复一致性高;并且相对传统光学镜面的制造，此复制技术的制造周期短，制造成本低。复制的光学镜面如图2所示，镜面的面型精度和热稳定性初步满足一定精度要求。
【主权项】
1.一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，其特征在于:具体步骤为: 1)根据光学镜面的结构特点和面型精度，在模坯工作面采用高精度打磨抛光技术加工出高精度模具； 2)利用数值模拟分析和实验验证的方法，设置光学镜面的准各向同性铺层顺序;根据光学镜面的产品厚度，确定所使用预浸料的厚度及铺层层数； 3)预浸料由碳纤维和树脂基体复合而成，采用热熔法制备;采用自动切丝机将预浸料裁切出预浸丝束； 4)根据镜面的尺寸，确定铺丝路径的预浸丝束数，预浸丝束宽度在6.4mm?101.6mm之间；将步骤3)制备的预浸丝，采用自动铺丝设备按照同一的路径设定将丝束铺放于模具表面，镜面铺丝路径不变;将每一铺层顺序角度通过旋转模具来实现需要铺放预浸丝层的铺层角度;第一层铺层完成，以及之后每铺贴完3?5层都对铺有预浸料的模具进行抽真空压实； 5)若光学镜面厚度<2mm，按照步骤4)进行操作，得到待固化产品，跳转至步骤6);若光学镜面厚度>2mm，当步骤4)完成2/3铺层的镜面进行吸胶，吸胶采用随型外阴模，然后再完成剩余部分的铺层，得到待固化产品； 6)将步骤5)得到的待固化产品包覆辅助材料，并固定固化外阴模，然后将产品放入热压罐内，对待固化产品抽真空固化，得到光学镜面。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，其特征在于:所述光学镜面为类球冠或球冠曲面结构，镜面厚度为0.5mm?5mm之间。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，其特征在于:预浸料制作用的纤维为模量值2 280GPa的高模或超高模级别碳纤维。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，其特征在于:步骤5)中吸胶是在热压罐内进行，采用刚性阴模，吸胶温度90°C?110°C，吸胶时间20min?80min，热压罐内压力0.1MPa?0.3Mpa;吸胶过程中对待吸胶的产品进行抽真空。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，其特征在于:步骤6)中固化过程是在热压罐内进行的，固化温度170°C?180°C，固化时间3h?6h，热压罐内压力0.3MPa?0.6Mpa。6.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，其特征在于:步骤I)中所述模具为金属、复合材料或超低膨胀系数玻璃。7.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，其特征在于:所使用的预浸料的单层厚度在0.03?0.20mm之间，树脂含量在30 %?45 %之间；所使用的预浸料的固化温度为以下三种中的任意一种:①低温固化，固化温度在90°C?100°C，②中温固化，固化温度在120 °C?130 °C，③高温固化，固化温度在170 °C?180 °C。
【专利摘要】本发明一种碳纤维复合材料空间光学镜面高精度复制方法，特别是涉及球冠或类球冠曲面结构、碳纤维增强氰酸树脂复合材料的光学镜面产品，属于先进复合材料技术领域。该光学镜面为大口径球冠凹面结构，该镜面复制工艺根据面型精度和性能要求，经过工艺模拟分析及实验验证，确定合适的氰酸酯/碳纤维预浸料体系，以及预浸料铺放顺序；采用自动铺丝技术实现大尺寸曲面结构光学镜面的预浸丝铺放，精准控制预浸丝的铺放角度，保证全铺层角度的高质量复制；之后将完成铺层的预浸料进热压罐固化，固化得到复制出的高精度光学镜面。复制出镜面的面型精度高，重复一致性高；相对传统光学镜面的制造，复制技术的制造周期短，制造成本低。
【IPC分类】B29C70/38, B29C70/44, B29B15/10, B29L11/00
【公开号】CN105643955
【申请号】
【发明人】杨智勇, 张建宝, 孙宝岗
【申请人】航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月21日