Khi nào thì phục hồi lại các gương kính viễn vọng lớn của ED thực sự đề cập đến quá trình alumin hóa, và tại sao nó lại cần thiết?


7

Câu trả lời này tóm tắt một cách độc đáo bức tranh chung về lịch sử sử dụng bạc cho gương kính thiên văn cỡ vừa đến lớn, và sự chuyển đổi sang nhôm một khi máy bơm chân không chất lượng tốt và buồng thích hợp cho quá trình này đã có sẵn. Một bề mặt nhôm mới bốc hơi, sạch nguyên tử đôi khi sẽ có thể phản ứng dữ dội với oxy, vì vậy điều này phải được thực hiện trong môi trường chân không cao và trước tiên phải thông hơi cẩn thận bằng khí trơ.

Khi nào thì thuật ngữ "phục hồi" thường bắt đầu thực sự đề cập đến lớp phủ nhôm, và không phải là bạc? Đó thực sự là trường hợp của những năm 1960 hay 1970?

Theo những gì tôi nhớ, nhôm bay hơi sẽ tạo thành một lớp oxit bảo vệ ("oxit tự nhiên") có độ dày 10A trong vài giây hoặc vài phút tự giới hạn - không có oxy nào có thể xâm nhập vào lớp này.

Nếu điều này là như vậy, tại sao lại mạ bạc thực sự cần thiết? Chi phí, rủi ro và thời gian chết liên quan đến việc loại bỏ gương chính và các gương khác cứ sau vài năm nghe có vẻ như là điều bạn sẽ không làm trừ khi thực sự cần thiết.


Các câu hỏi liên kết đã trả lời những điểm này. Nhôm được sử dụng từ những năm 1930. Nhôm tạo thành một lớp bảo vệ nên việc đàn hồi thường không cần thiết.
James K

@JamesKilfiger bạn có thể giúp tôi và tìm một số loại tài liệu tham khảo nói rằng bạc hiếm khi được sử dụng sau năm 1930? Tôi khá chắc chắn - cùng với những người khác - rằng vào giữa thế kỷ, nhôm là lựa chọn khôn ngoan, nhưng tôi thực sự cần tìm một nguồn có thể trích dẫn. Và nếu nó là nhôm, tại sao (thực sự) nó sẽ cần phải được tái định cư thường xuyên? Tại sao cần phải làm lại thường xuyên (resilvering)? Nếu bạn có thể giúp tham khảo một bài báo hoặc trích dẫn từ một cuốn sách (nếu nó khó tìm) thì rất hữu ích, cảm ơn!
uhoh

1
Vấn đề là làm cho lớp phủ nhôm dính vào kính của gương và giữ cho nó bị kẹt, đặc biệt nếu bạn đang sử dụng các kỹ thuật như làm sạch tuyết CO2 để loại bỏ bụi bẩn và các "rác" khác tích tụ trên gương. Lớp phủ bị xuống cấp theo thời gian, ngay cả khi làm sạch và có thể bong ra. Kính viễn vọng 2 m của chúng tôi đã được làm sáng lại sau ~ 2,5 năm (chúng tôi không có bể địa phương) sau khi độ phản xạ xấp xỉ. nhân đôi. Bạc có độ phản xạ tốt hơn trong IR (do đó sử dụng cho Spitzer) nhưng kém hơn nhiều ở màu xanh lam và tia cực tím; xem cốt truyện trong thiên văn
học.stackexchange.com/a/29372/23748

1
Đầu những năm 70, bạn có gương của mình bị bạc hoặc nhôm. Sự khác biệt rất quan trọng. Bạn có thể bạc ở nhà, nhưng cần phải làm sáng tỏ việc gửi gương ra ngoài. Bạn đã chỉ định bạc hoặc nhôm theo đơn đặt hàng. Ngoài ra còn có tất cả các loại lớp phủ lạ mắt mà bạn có thể đã áp dụng trên nhôm / bạc của bạn. Bạn cũng có thể có được một lớp phủ vàng chân không cho công việc IR.
Kẻ lạ mặt lạ lùng

Câu trả lời:


7

Kính thiên văn nghiệp dư và nhà sản xuất gương ở đây. Không chắc chắn nếu tôi đủ điều kiện là "nguồn có thể trích dẫn" nhưng dù sao, đây là:

Tất cả các kim loại cuối cùng sẽ bị xỉn màu. Nó có thể mất một thời gian dài, nhưng nó sẽ xảy ra. Quá trình không hoàn toàn là hóa chất luôn. Đôi khi nó hoàn toàn là cơ học (mài mòn). Lần khác nó ở giữa. Hiện tượng bề mặt rất phức tạp.

Ngay cả gương tráng vàng cũng sẽ bị xỉn màu. Bạn có thể sử dụng vàng để quan sát hồng ngoại. Nhưng cho dù bạn chăm sóc nó nhiều đến đâu, cuối cùng bạn cũng sẽ phải phủ lại nó. Chắc chắn, vàng tồn tại trong một thời gian khá dài, nhưng thậm chí vàng không phải là mãi mãi.

Nhôm được phủ một lớp sapphire không màu (oxit nhôm) tự nhiên, giúp bảo vệ kim loại khỏi bị phá hủy hơn nữa - sapphire rất cứng và rất trơ về mặt hóa học. Nhưng oxy vẫn khuếch tán qua sapphire (mặc dù rất chậm), và các tác nhân ăn mòn khác như oxit lưu huỳnh, muối biển, v.v.

Vì vậy, vâng, thay thế bạc bằng nhôm là một sự cải tiến. Nhưng thậm chí nhôm không phải là mãi mãi. Trong thực tế, bạn có thể sẽ tăng gấp đôi tuổi thọ của lớp phản chiếu khi bạn chuyển từ bạc sang nhôm.

Cần lưu ý rằng bạc vẫn được sử dụng. Nhôm là phổ biến nhất hiện nay, nhưng bạn vẫn sẽ tìm thấy gương tráng bạc (độ phản xạ của nó cao hơn nhôm), mạ vàng (cho hồng ngoại), v.v.

Có các kỹ thuật phủ tiếp theo, như xếp lớp oxit silic lên trên kim loại, giúp cải thiện hơn nữa tuổi thọ của bất kỳ loại kim loại nào.


Cảm ơn! Chúng ta nên gọi alumina vô định hình . Sapphire là một tinh thể. Như một sự tương tự thô, chúng ta thường gọi là vô định hìnhAl2Ôi3Si2silica, không phải thạch anh Tại sao bạn nghĩ rằng nhôm thực sự tiếp tục oxy hóa đáng kể sau khi lớp oxit tự nhiên hình thành - thậm chí nhiều năm sau đó? Bạn đã đọc nó ở đâu đó - có thể theo dõi nó xuống? Có dữ liệu nào ở bất cứ nơi nào thực sự cho thấy rằng lớp phủ nhôm chất lượng tốt bị suy giảm do phản ứng hóa học của nhôm với một thứ gì đó trong không khí? Bạn có chắc chắn vàng "xỉn"?
uhoh

Lý thuyết của tôi là điều thực tế cần phải làm chỉ đơn giản là làm sạch, và cách dễ nhất để làm sạch một lớp phủ mỏng manh như vậy là lột nó và lưu lại nó. Đối với vàng, tôi không chắc nó phản ứng hóa học với không khí. Tuy nhiên, nếu nó tạo ra một lớp chất hữu cơ mỏng từ khí quyển, chúng có thể là chất hấp thụ mạnh ở bước sóng IR và nếu một lớp hữu cơ có thể hấp thụ độ ẩm từ khí quyển, đó có thể là chất hấp thụ mạnh hơn. Nhưng tôi không nghĩ rằng vàng thực sự phản ứng hóa học với không khí thực sự bị xỉn màu.
uhoh

Như tôi đã nói, nó khá phức tạp. Lý thuyết của bạn sai. Có các quy trình làm sạch nhất định đối với gương kính viễn vọng không liên quan đến việc phủ lại. Bất kể bản chất của quá trình là gì, thực tế là bất kỳ lớp kim loại phản chiếu nào hoạt động trong các điều kiện khác ngoài chân không, theo thời gian, sẽ ngày càng trở nên ít phản xạ hơn. Có nhiều thứ trong không khí, không chỉ oxy, sẽ tấn công kim loại; ví dụ, gương được sử dụng gần đại dương sẽ bị xỉn màu nhanh hơn so với gương được sử dụng trong sa mạc. Ngoài ra còn có các quá trình xỉn màu cơ học hoàn toàn từ vật chất hạt đập vào gương.
Florin Andrei

Có dữ liệu nào để sao lưu này không? Có lẽ một âm mưu của độ phản xạ so với năm, đối với một chiếc gương thiên văn bằng nhôm, với một số thảo luận về lý do tại sao nó được biết đến là sự xuống cấp của nhôm, và không chỉ là sự tích tụ của bụi bẩn? Bạn có vẻ khá chắc chắn, vì vậy phải có một số bằng chứng khoa học thuyết phục bạn.
uhoh

Ví dụ, nếu bạn nhìn vào bài báo này, họ dường như báo cáo rằng cả gương điều khiển (Hình 1. được bảo vệ khỏi môi trường) và gương tiếp xúc với môi trường được rửa mỗi tháng một lần (Hình 4.) vẫn duy trì độ phản xạ khoảng 90% trong 32 tháng . Nhưng chiếc gương bị lộ nhưng không được rửa (Hình 2.) đã giảm xuống còn khoảng 80% sau 32 tháng. Không có lý thuyết ở đây, đó là dữ liệu.
uhoh

2

Tôi xin lỗi về độ dài của câu trả lời này, nhưng đây là một chủ đề phức tạp để giải quyết. Cảm ơn tất cả.

Tôi sở hữu một cửa hàng máy ảnh trong nhiều năm và có hơn 60 năm trong ảnh. Tôi bắt đầu chụp ảnh qua Thiên văn học ở trường trung học. Đã đi đến Đại học Iowa, bắt đầu ngành Vật lý và Thiên văn học, nhưng các kỹ năng toán học của tôi không theo kịp nhiệm vụ, vì vậy đã đi đến Radio-TV-Film. Vật lý là một cơ sở tuyệt vời để chụp ảnh như bạn có thể tưởng tượng.

Tôi biết chỉ đủ Vật lý và khoa học là mối nguy hiểm cho bản thân và những người xung quanh.

Cách đây vài năm, một sản phẩm có tên ROR (Residual Oil Removal) đã được tung ra thị trường, được phát minh bởi một người đàn ông từ Illinois mà tôi biết tình cờ. Tiền đề của ông là trong thế giới ngày nay, phần lớn 'bụi bẩn' mà chúng ta nhận thấy về quang học các loại, lơ lửng trong những giọt dầu siêu nhỏ trong khí quyển, và khi chúng ta đeo kính và đi bộ hoặc di chuyển, những giọt nước siêu nhỏ đó , cũng chứa bụi bẩn / bụi đủ loại, phủ bề mặt quang học và mọi thứ khác, và chúng ta hít thở các thứ.

Tôi đoán rằng lớp dầu nhờn này cũng có thể là nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm 'nhanh chóng' của lớp phủ quang học trên gương kính viễn vọng, nó tích tụ theo thời gian, khô, tạo thành một lớp keo hoặc dính cũng gây ra bụi bẩn và bụi bẩn. lên nhanh hơn.

Nếu bạn có thể tìm thấy ROR trong một cửa hàng máy ảnh địa phương (hoặc tương tự), lấy một chai, tôi đã sử dụng khăn giấy Kleenex để lau kính. Xịt ROR trực tiếp lên kính, cả hai mặt, chỉ một thấu kính, chà nhẹ cho đến khi khô, sau đó đeo kính và so sánh các góc nhìn, bạn sẽ ngạc nhiên. Tác dụng khác của ROR là khi bạn lau kính một lần, rồi lần thứ hai, kính đơn giản trở nên trơn trượt. ROR, bằng cách nào đó, làm sạch các lỗ chân lông siêu nhỏ của kính và loại bỏ các chất dính nhờn sâu xuống.

Tất nhiên, nó có thể được sử dụng trên bất kỳ bề mặt kính quang học nào theo như tôi biết

Nó đã được chứng thực, như tôi nhớ, bởi NASA, FBI, Nat Geo, v.v ... nên thông tin tốt.


2
Độ dài câu trả lời của bạn là hoàn toàn ổn! Và nội dung của nó, quá. :-) Chào mừng bạn đến với Thiên văn học SE!
peterh - Phục hồi Monica

Cảm ơn bạn vì câu trả lời! Có, tôi nghĩ rằng kinh nghiệm của bạn đồng ý với những gì được viết và trích dẫn trong câu trả lời này trong việc "suy giảm" bề mặt quang học (trong trường hợp bề mặt phản chiếu câu hỏi, nhưng không thành vấn đề) là do vật liệu tích tụ, không phải xuống cấp của bề mặt vật lý hoặc những gì bên dưới. Các ống kính và gương kim loại đều được phủ lớp điện môi cả trong sản xuất và trong một số trường hợp (bạc thực tế nếu tiếp xúc) khi tiếp xúc với không khí.
uhoh

Trong trường hợp "tái mạ bạc" đặc biệt liên quan đến quá trình tái alumin hóa, có thể dễ dàng loại bỏ lớp phủ như là một phần của quá trình làm sạch hơn là làm sạch hoàn toàn gương mà không làm hỏng bề mặt của nó. Nhân tiện, của bạn là một câu trả lời được viết tốt, súc tích và tương đối ngắn. Đây là một ví dụ về những gì một câu trả lời dài trông giống như để so sánh! ;-)
uhoh

0

Đã khá lâu không có hoạt động, vì vậy tôi sẽ đăng câu trả lời dựa trên nhận xét của tôi .

tl; dr: Nó bắt đầu vào những năm 1930 nhưng ngay cả kính viễn vọng không gian Kepler vẫn sử dụng bạc!


Bài đăng này trên cloudynights.com nói:

Gương chiếu sáng được phát triển bởi John Strong, vào đầu những năm 1930. Người ta có thể đọc về nó trong cuốn sách Thủ tục Vật lý Thực nghiệm

Từ https://archive.org/details/ProceduresInExperimentalPhysics/page/n181 của Archive.org

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Xe tăng 40 inch, Hình 13, cho thấy loại thiết bị được sử dụng tại Cơ quan Công nghệ California cho gương lớn hơn. Vẫn còn các hệ thống lớn hơn đã được sử dụng 26

26 http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1936ApJ....83..401S Quá trình bay hơi và ứng dụng của nó đối với việc làm sáng các gương của kính viễn vọng lớn cũng ở đây

Từ tờ giấy đó:

PHIM OXIDE TRÊN NHÔM

Màng nhôm được bảo vệ tự động khỏi bị xỉn màu bởi màng oxit (có lẽ là corundum, Al203 hoặc bauxite, Al2O3 * 2H20) bắt đầu hình thành ngay khi nhôm tiếp xúc với không khí. Ôxít này trở nên dày hơn với thời gian trong khoảng sáu mươi ngày, khi nó rất cứng và dai, tạo thành một bề mặt không dễ bị trầy xước khi nó bị bụi bẩn và làm sạch.

Sự hình thành màng oxit nhôm trên bề mặt nhôm kim loại tiếp xúc đã được nghiên cứu bởi Vernon, 31 người đã cân mẫu với độ chính xác 1/100 mg và vẽ đồ thị tăng trọng lượng do quá trình oxy hóa là một hàm của thời gian. Khoảng thời gian cần thiết để màng oxit đạt được độ dày tự nhiên là bảy đến mười bốn ngày. Sau đó, độ dày của màng vẫn gần như không đổi ở 100 A.

Lớp oxit này, tất nhiên, quá mỏng để tạo hiệu ứng nhiễu. Tuy nhiên, nó có thể dày hơn nhiều và vẫn không gây nhiễu, vì tính trong suốt của nó và độ phản xạ cao của nhôm bên dưới.32

Bài báo cho thấy lý do tại sao cho thấy một lý do bổ sung tại sao nhôm hấp dẫn hơn bạc đối với các nhà thiên văn học, ngay cả khi nhôm hóa là một quá trình đầy thách thức và khó khăn, phạm vi quang phổ!

nhập mô tả hình ảnh ở đây


Wikipedia bạc

Một quá trình lắng đọng chân không bằng nhôm được phát minh vào năm 1930 bởi nhà vật lý và nhà thiên văn học Caltech John Strong, dẫn đến hầu hết các kính viễn vọng phản xạ chuyển sang nhôm. 9 Tuy nhiên, một số kính thiên văn hiện đại sử dụng bạc, như đài quan sát không gian Kepler. Bạc của gương Kepler được lắng đọng bằng phương pháp bay hơi có hỗ trợ ion.

9 Nguồn

Từ nguồn lưu trữ đó, một bài đăng của Jim Destefani: Gương, Gương - Giữ kính viễn vọng Hale sắc nét về mặt quang học :

Tại sao phải sạch? Bạn có thể nghĩ rằng gương Hale, nằm sâu bên trong các kính viễn vọng hoạt động trong vòm Đài quan sát, sẽ được che chở tương đối khỏi bụi bẩn và đất. Nhưng gương kính viễn vọng được sử dụng rất nhiều, và Kính thiên văn Hale cũng không ngoại lệ. Theo W. Scott Kardel của Đài thiên văn Palomar, Kính thiên văn Hale 200 inch tại Đài thiên văn được sử dụng trung bình 300 đêm mỗi năm. Ngay cả khi làm sạch hàng tuần, gương định kỳ cần phải được phủ một lớp nhôm phản quang mới.

Các loại đất có thể tích tụ trên gương bao gồm các loại dầu từ máy móc, theo ông Kardel. Chúng tôi có động cơ điều khiển các hoạt động của kính thiên văn đã hơn 60 năm tuổi. Một số trong số chúng được treo phía trên gương chính, bởi vì chúng tôi cũng sử dụng các gương nhỏ hơn phải được di chuyển vào và ra khỏi vị trí. Đôi khi, một trong những động cơ có thể bị rò rỉ. Dầu cũng có thể đến từ nơi khác.

Các loại đất khác có thể bao gồm những giọt mưa hoặc ngưng tụ thường xuyên, để lại những đốm nước. Ví dụ, một điểm nước với một chút bụi hoặc tro từ lửa, thực sự có thể tạo thành một axit, theo K Kelel nói. Rõ ràng, điều đó không được chấp nhận trên một bề mặt cần phải hoàn hảo về mặt quang học nhất có thể.

Để chống lại sự tích tụ đất thường xuyên, nhân viên đài quan sát thực hiện quét bụi carbon dioxide hàng tuần trên bề mặt gương. Nhưng ngay cả điều này sẽ không loại bỏ các đốm nước.

Cuối cùng, bề mặt gương xuống cấp đến mức phải tân trang lại toàn bộ, bao gồm làm sạch, tước lớp phủ nhôm kim loại chân không cũ, và sơn phủ trở nên cần thiết. Bruce Trên cơ sở lịch sử, chúng tôi đã thực hiện toàn bộ tước, làm sạch và tái luyện kim khoảng 18 tháng đến hai năm một lần, Bruce nói, Bruce Baker, chuyên gia cao cấp tại Đài quan sát. Tất nhiên, một số trong số đó phụ thuộc vào việc lên lịch của kính thiên văn và cách nó được sử dụng.


Nhôm nhanh chóng tạo thành một oxit tự nhiên khi tiếp xúc với không khí. Nhôm là phản ứng tỏa nhiệt đáng kinh ngạc với oxy. Kết quả là màng Al2O3 hoặc alumina mỏng chỉ dày hàng chục angstroms nhưng phản ứng tự giới hạn vì lớp kết quả không thể bị thâm nhập bởi bất kỳ oxy nào nữa khi nó dày lên. Nó hơi giống với sự hình thành các oxit tự nhiên trên silicon vì những lý do tương tự.

Dưới đây là một ví dụ về "khả năng phục hồi" của gương Hale 200 inch trông như thế nào. Giữa 01:0001:30bạn có thể thấy những gì một dự án liên quan chỉ đơn giản là rửa gương có thể. Tại thời điểm này, có lẽ là một ý tưởng tốt hơn để hồi sinh hơn là cố gắng làm điều này mà không làm hỏng bề mặt nhôm hiện có.

https://www.youtube.com/watch?v=lkBgQaJVKjc


Bài báo Tỷ lệ suy giảm độ phản xạ của lớp phủ nhôm tại Ấn phẩm CFHT của Hiệp hội Thiên văn Thái Bình Dương, v.109, tr.303-306 cho thấy rằng gương nhôm được rửa thường xuyên chỉ tốt mà không cần tái tạo bề mặt.

Dữ liệu thực nghiệm trong bài báo hỗ trợ khoa học cơ bản; Ôxít nhôm tự nhiên hình thành nhanh chóng, rất mỏng (hàng chục angstroms) và trở thành một rào cản vĩnh viễn cho phản ứng tiếp theo của nhôm. Alumina là không phản ứng là tốt; gốm alumina được sử dụng trong một loạt các tình huống phản ứng hóa học và ăn mòn vì không phản ứng của họ.

Thỉnh thoảng, việc tái tạo bề mặt của gương được làm sáng là cần thiết khi làm sạch bằng xà phòng và nước sẽ gây ra nhiều thiệt hại hơn so với lợi ích vì bụi bẩn bị dính trên bề mặt gương. Nó không được thực hiện vì tính toàn vẹn của nhôm bị tổn hại, nhưng vì đó là lựa chọn tốt hơn so với việc làm sạch vì lý do thực tế.

GIF ("bộ so sánh nhấp nháy")

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Từ http://global.kyraf.com/fcworld/charact/chemology/chemiresist.html - alumina có khả năng chống lại sự tấn công hóa học đáng kể so với các vật liệu khác - lưu ý thang đo logarit.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Các số liệu cá nhân:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

nhập mô tả hình ảnh ở đây

nhập mô tả hình ảnh ở đây


1
Tôi đã làm bạc chiếc gương đầu tiên của mình ở nhà vì tôi có thể mua được hóa chất với giá rẻ. (không biết nếu chúng ta peons thậm chí còn được cho phép axit nitric nữa). Trong những năm đầu 70 của gửi một tấm gương ra cho Aluminizing là nhiều hơn tốn kém.
Stranger Stranger
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.