碳化硅陶瓷反射镜研究现状
作为反射镜材料,必须具有较低的密度、较高的强度及弹性模量、较低的膨胀系数及较高的导热系数。对反射镜材料的研究,主要集中在三类材质:金属材料、玻璃材料和陶瓷材料,其中碳化硅陶瓷材料具有高比刚度、较好的热和化学稳定性、较低的热变形系数且耐空间粒子辐照,通过特殊的制作工艺,可以获得轻量化结构的反射镜镜体,同时可取消卫星系统中的对反射镜的恒温系统,大大减小系统的重量。因此,碳化硅陶瓷材料被认为是现代空间光学系统所需高性能反射镜的很好材料。
从上世纪八十年代初开始,美国、俄罗斯、德国、法国等空间遥感技术先进国家开始针对应用于空间遥感光学系统的领域(如高能激光器反射镜和空间低温光学反射镜)进行碳化硅陶瓷基反射镜制造技术的研究和探索,九十年代成功制备出碳化硅陶瓷基反射镜并在空间遥感技术领域开展了一系列实际应用,现已在碳化硅陶瓷材料制备、碳化硅陶瓷基镜坯制造、研磨和抛光等专项关键技术方面取得了较大进展。美国宇航局采用化学气相沉积(CVD)法和液硅浸渗法(LSI)制备出了直径为600mm左右的碳化硅和碳/碳化硅材质的反射镜镜坯,经过精抛加工,表面光洁度达到2nm,而表面密度只有7~9kg/m3。德国IABG研制出直径为600mm的具有轻量化结构的反应烧结碳化硅镜坯,德国KIS研制出直径为360mm的碳/碳化硅陶瓷反射镜,经过精抛加工,表面光洁度达到2nm,面形精度可达较高的水准。美国SSG公司研制出直径为600mm的碳化硅反射镜镜坯,主镜重量小于6kg。法国制备的直径为352mm的轻型碳化硅反射镜质量仅为1.7Kg。
国内,中国建筑材料科学研究院更早开展了碳化硅陶瓷反射镜的研究工作。"九五"期间,承担了国家军工攻关计划"高性能碳化硅陶瓷反射镜材质研究"项目,就高性能碳化硅陶瓷反射镜材质进行了预先研究。"十五"期间,承担了国家军工攻关计划"空间光学遥感器用SiC陶瓷反射镜的研制"项目,就碳化硅陶瓷反射镜的一些共性及关键技术进行了研究。
于在高分辨率相机和超轻量化相机的应用上,碳化硅陶瓷反射镜具有明显的优势,可以肯定地说,碳化硅陶瓷反射镜是未来高性能反射镜的国际发展主流。国内用户对碳化硅陶瓷反射镜的需求也日益迫切,"十一五"期间已经提出需求口径超过1.5m的反射镜。但是,要使碳化硅陶瓷反射镜在我国得到广泛应用,必须解决大尺寸、具有超轻量化结构碳化硅镜坯的制备技术、高致密低缺陷碳化硅镜坯表面CVD层的制备技术以及镜面光学加工技术。随着这些瓶颈技术的解决,必将有力地推动我国遥感技术的快速发展。
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