碳化硅陶瓷反射鏡研究現(xiàn)狀
作為反射鏡材料,必須具有較低的密度、較高的強(qiáng)度及彈性模量、較低的膨脹系數(shù)及較高的導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)反射鏡材料的研究,主要集中在三類材質(zhì):金屬材料、玻璃材料和陶瓷材料,其中碳化硅陶瓷材料具有高比剛度、較好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性、較低的熱變形系數(shù)且耐空間粒子輻照,通過(guò)特殊的制作工藝,可以獲得輕量化結(jié)構(gòu)的反射鏡鏡體,同時(shí)可取消衛(wèi)星系統(tǒng)中的對(duì)反射鏡的恒溫系統(tǒng),大大減小系統(tǒng)的重量。因此,碳化硅陶瓷材料被認(rèn)為是現(xiàn)代空間光學(xué)系統(tǒng)所需高性能反射鏡的很好材料。
從上世紀(jì)八十年代初開始,美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、法國(guó)等空間遙感技術(shù)先進(jìn)國(guó)家開始針對(duì)應(yīng)用于空間遙感光學(xué)系統(tǒng)的領(lǐng)域(如高能激光器反射鏡和空間低溫光學(xué)反射鏡)進(jìn)行碳化硅陶瓷基反射鏡制造技術(shù)的研究和探索,九十年代成功制備出碳化硅陶瓷基反射鏡并在空間遙感技術(shù)領(lǐng)域開展了一系列實(shí)際應(yīng)用,現(xiàn)已在碳化硅陶瓷材料制備、碳化硅陶瓷基鏡坯制造、研磨和拋光等專項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方面取得了較大進(jìn)展。美國(guó)宇航局采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法和液硅浸滲法(LSI)制備出了直徑為600mm左右的碳化硅和碳/碳化硅材質(zhì)的反射鏡鏡坯,經(jīng)過(guò)精拋加工,表面光潔度達(dá)到2nm,而表面密度只有7~9kg/m3。德國(guó)IABG研制出直徑為600mm的具有輕量化結(jié)構(gòu)的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅鏡坯,德國(guó)KIS研制出直徑為360mm的碳/碳化硅陶瓷反射鏡,經(jīng)過(guò)精拋加工,表面光潔度達(dá)到2nm,面形精度可達(dá)較高的水準(zhǔn)。美國(guó)SSG公司研制出直徑為600mm的碳化硅反射鏡鏡坯,主鏡重量小于6kg。法國(guó)制備的直徑為352mm的輕型碳化硅反射鏡質(zhì)量?jī)H為1.7Kg。
國(guó)內(nèi),中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院更早開展了碳化硅陶瓷反射鏡的研究工作。"九五"期間,承擔(dān)了國(guó)家軍工攻關(guān)計(jì)劃"高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質(zhì)研究"項(xiàng)目,就高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質(zhì)進(jìn)行了預(yù)先研究。"十五"期間,承擔(dān)了國(guó)家軍工攻關(guān)計(jì)劃"空間光學(xué)遙感器用SiC陶瓷反射鏡的研制"項(xiàng)目,就碳化硅陶瓷反射鏡的一些共性及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
于在高分辨率相機(jī)和超輕量化相機(jī)的應(yīng)用上,碳化硅陶瓷反射鏡具有明顯的優(yōu)勢(shì),可以肯定地說(shuō),碳化硅陶瓷反射鏡是未來(lái)高性能反射鏡的國(guó)際發(fā)展主流。國(guó)內(nèi)用戶對(duì)碳化硅陶瓷反射鏡的需求也日益迫切,"十一五"期間已經(jīng)提出需求口徑超過(guò)1.5m的反射鏡。但是,要使碳化硅陶瓷反射鏡在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用,必須解決大尺寸、具有超輕量化結(jié)構(gòu)碳化硅鏡坯的制備技術(shù)、高致密低缺陷碳化硅鏡坯表面CVD層的制備技術(shù)以及鏡面光學(xué)加工技術(shù)。隨著這些瓶頸技術(shù)的解決,必將有力地推動(dòng)我國(guó)遙感技術(shù)的快速發(fā)展。
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