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、較高的強度及彈性模量、較低的膨脹系數(shù)及較高的導熱系數(shù)。對反射鏡材料的研究,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、較好的熱和化學穩(wěn)定性、較低的熱變形系數(shù)且耐空間粒子輻照,通過特殊的制作工藝,可以獲得輕量化結(jié)構(gòu)的反射鏡鏡體,同時可取消衛(wèi)星系統(tǒng)中的對反射鏡的恒溫系統(tǒng),大大減小系統(tǒng)的重量。因此,碳化硅陶瓷材料被認為是現(xiàn)代空間光學系統(tǒng)所需高性能反射鏡的很好材料。
從上世紀八十年代初開始,美國、俄羅斯、德國、法國等空間遙感技術(shù)先進國家開始針對應用于空間遙感光學系統(tǒng)的領域(如高能激光器反射鏡和空間低溫光學反射鏡)進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)領域開展了一系列實際應用,現(xiàn)已在碳化硅陶瓷材料制備、碳化硅陶瓷基鏡坯制造、研磨和拋光等專項關(guān)鍵技術(shù)方面取得了較大進展。美國宇航局采用化學氣相沉積(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)過精拋加工,表面光潔度達到2nm,而表面密度只有7~9kg/m3。德國IABG研制出直徑為600mm的具有輕量化結(jié)構(gòu)的反應燒結(jié)碳化硅鏡坯,德國KIS研制出直徑為360mm的碳/碳化硅陶瓷反射鏡,經(jīng)過精拋加工,表面光潔度達到2nm,面形精度可達較高的水準。美國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。法國制備的直徑為352mm的輕型碳化硅反射鏡質(zhì)量僅為1.7Kg。
國內(nèi),中國建筑材料科學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,承擔了國家軍工攻關(guān)計劃"高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質(zhì)研究"項目,就高性能碳化硅陶瓷反射鏡材質(zhì)進行了預先研究。"十五"期間,承擔了國家軍工攻關(guān)計劃"空間光學遙感器用SiC陶瓷反射鏡的研制"項目,就碳化硅陶瓷反射鏡的一些共性及關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。
于在高分辨率相機和超輕量化相機的應用上,碳化硅陶瓷反射鏡具有明顯的優(yōu)勢,可以肯定地說,碳化硅陶瓷反射鏡是未來高性能反射鏡的國際發(fā)展主流。國內(nèi)用戶對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1.5m的反射鏡。但是,要使碳化硅陶瓷反射鏡在我國得到廣泛應用,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)以及鏡面光學加工技術(shù)。隨著這些瓶頸技術(shù)的解決,必將有力地推動我國遙感技術(shù)的快速發(fā)展。
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