大尺寸轻型SiC 光学反射镜研究进展

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大口径轻质SiC反射镜的研究与应用

第7卷　第4期2014年8月　中国光学 Chinese Optics Vol.7　No.4Aug.2014 收稿日期:2014⁃03⁃25;修订日期:2014⁃05⁃18文章编号　2095⁃1531(2014)04⁃0552⁃07大口径轻质SiC 反射镜的研究与应用赵汝成1,2∗,包建勋1,2(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春130033)摘要:介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构、性能测试指标、国内应用及发展前景;阐述了碳化硅凝胶注模成型(Gel⁃casting)、反应烧结SiC(RB⁃SiC)与压力成型、常压烧结SiC(SSiC)两种国内主要制备大口径轻质碳化硅反射镜的方法;并对两种方法制备得到的ϕ1.45m 碳化硅镜坯的性能、测试数据及光学加工后的光学特性进行分析和比对,提出存在的问题,以供商榷,进而促进国内大口径轻质碳化硅反射镜的研究和发展。

关　键　词:碳化硅;大口径碳化硅反射镜;制造工艺中图分类号:TH743 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20140704.0552Investigation and application of large scale lightweight SiC mirrorZHAO Ru⁃cheng 1,2∗,BAO Jian⁃xun 1,2(1.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.Key Lab of Optics System Advanced Manufacturing Technology ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :zhaoruchengciomp@Abstract :The structures,performances and applications of large scale lightweight SiC mirror blank were in⁃troduced.Two fabricating process dominating in our country,namely gel⁃casting forming followed by reaction sintering(RB⁃SiC)and Sintered Silicon Carbide(SSiC)via pressure molding and pressureless sintering,wereelaborated which were adopted to produce ϕ1.45m lightweight SiC mirrors.By comparing the performances,testing results and optical properties SiC mirrors fabricated via two different processes mentioned above,we an⁃alyse the problems existing in the fabricating process to further improve the development of large scale light⁃weight SiC mirror.Key words :SiC;large scale SiC mirror;fabricating processing1　引　言随着空间科学研究的迅猛发展,涉及深空探测、天文光学及对地观测等领域的研究已成为发达国家的一个主要研究目标。

大口径SiC反射镜组件研制技术

第３７卷第６期
２１００年６月
光电工程
Ｏｐｔ — ｅｔｏｉｇｎｅｉｇｏＥｌｃｒｎｃＥｎｉｅｒｎ
Ｖ１７ＮＯ６ｂ．．．３Ｊｎ，００ｕｅ２１

文章编号：１０ — ０Ｘ（０００ — １８００３５１２１）６００ — ５
（ｈｎｃｕｓｔｅｆｐｉ，ｉｅｃａｉｎ脚ｓＣｉｓｃｄｍｃｅｃｓＣａｇｈｎ１０３，ｈｎＣａｇｈｎｎｔｕＯｔｓＦｎｈｎｃａｄＩｉｔｏｃＭｅｓｉ，ｈｎｅａｅｙｏｉｅ，ｈｎｃｕ３０３ＣｉｃｅＡｆＳｎａ）
ＤｅｉｎａｄＦａｉａｉｎＴｅｈｎｌｇｆｓｇｎｂｒｃｔｏｃｏｏｙｏＬａｇｒｅＡｐｅｔｒｉＭｉｒｒＡｓｅｂｙｒｕｅＳＣｒｏｓｍｌ
ＹＡＮＹｏｎｇ，ＷＡＮＧＤｏｎｇ，ＪＮｕａＩＧｎｇ
Ａｔｈａｉ，ｔｅｄｆｅｅｃｆｔｅｍｉｏｙｔｅｉｃｇｒｒｏＳｗａ．０ｋｂｆｒｎｆｅｅｖｂａｉｎｅｓｍｅｔｔｍｅｈｉｒｎｅｏｒｒｓｎｈｓｓａｅｆｕｅｅｒｆｈｆｉＲＭｓ００９ｅｏｅａｄａｒｔｉｒｔｔｈｏｅｐｒｎ．ＡｌｔｅｅｐｒｎａｅｕｔｓｏｔａｈｉｒｏｓｅｌａｉｆｓｔｅｒｑｉｍｅｔｆｌｈｅｇｔｘｅｍｅｔｉｌｈｘｅｉｍｅｔｌｓｌｈｗｈｔｔｅＳＣｍｉｒｒａｓｍｂｙｓｔｉｈｅｕｒｒｓｓｅｅｎｓｏｉｔｉｈｇｗｃｍｅａｖｒｌＭｏｅｖｒｔｅｄｓｎｔｃｎｌｇｏｈｒｆｈｉｒｏｓｅｌｓａａｔｅｔｅｏｈｒｌｇａｒｅｙｗｅ１．ｒｏｅ，ｈｅｉｅｈｏｏｙｆｗｃａｏｅＳＣｍｉｒａｓｍｂｙｉｄｐｉｔｔｅａｅｇｌｔｔｒｖｏｈｒ

超轻量化SiC反射镜的制备及性能

超轻量化SiC反射镜的制备及性能董斌超;张舸【摘要】采用真空辅助凝胶注模和反应烧结法制备了面密度分别为9.35和11.7 kg/m2,直径分别为200和500mm的两块超轻量化SiC反射镜,检测了反射镜的主要性能.结果显示:由于在真空环境下浇注,坯体没有宏观缺陷.材料中细小SiC颗粒的存在使材料具有相对较高的抗弯强度(335 MPa)和断裂韧性(4.5 MPa· m1/2).此外,反射镜材料金相组织中未出现明显的SiC颗粒定向排列,具有较好的各向同性度:不同方向热膨胀系数差异小于3％,模量差异为1.3％.镜坯经过光学加工后面形误差(RMS值)为0.043λ(λ=632.8 nm),表面粗糙度(Ra值)优于5 nm.实验表明,真空辅助凝胶注模成型结合反应烧结工艺制备的超轻量化SiC反射镜各方面性能良好,适用于制备空间相机用反射镜.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)008【总页数】7页(P2185-2191)【关键词】光学制造;SiC;超轻量化反射镜;真空辅助凝胶注模;反应烧结【作者】董斌超;张舸【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TH7031 引言随着空间光学遥感系统分辨率的不断提高，光学系统的口径越来越大，其质量也随之增加，从而导致整个光学遥感系统的质量、复杂程度以及发射成本大幅度上升。

折返式或全反式光学系统的主要部件——主反射镜决定了光学系统的质量，因此主反射镜的超轻量化技术变得非常重要和有意义［1］。

SiC具有优异的力学性能、良好的热学和光学加工性能，是一种很有优势的空间反射镜材料［2－4］，目前超轻量化SiC反射镜已成为国内外研究和关注的热点。

美国Xinetics、SSG、POCO和德国IABG等单位已采用不同的工艺制备出几百毫米到米级的超轻量化SiC反射镜，面密度均小于25kg／m2，IABG所制备的SiC 反射镜面密度甚至达到了8kg／m2［5－6］。

大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究

大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究摘要：本文研究了大口径超轻型反射镜的定位和支撑方案。

首先介绍了大口径超轻型反射镜的应用和优势，并对反射镜的制造工艺进行了简介。

然后详细叙述了反射镜的定位和支撑方案，包括定位精度、支撑方式、支撑结构等方面。

最后结合实际情况，分析了反射镜在使用过程中可能出现的问题，并提出了相应的解决方案。

关键词：反射镜；大口径；超轻型；定位；支撑1. 引言大口径反射镜在太空望远镜和地面望远镜中广泛应用。

比如，在太空望远镜中，远程观察需要高精度反射镜作为光学透镜。

而在地面望远镜中，大口径反射镜可以避免大气湍流的影响，提高观测质量。

然而，大口径反射镜制作难度大，且重量较大，需要精确的定位和支撑方案。

2. 大口径超轻型反射镜的制造工艺超轻型反射镜是近年来研究的一种新型反射镜，主要依靠材料技术的进步和制造技术的提高，将传统的玻璃反射镜转化为轻型复合材料的反射镜。

相比传统反射镜，超轻型反射镜具有重量轻、成本低、精度高等优势。

其制造过程主要包括设计、模具制作、复合材料成型、热处理等步骤。

3. 反射镜的定位和支撑方案反射镜的定位和支撑是反射镜系统中重要的技术难点。

该部分涉及定位精度、支撑方式、支撑结构等方面。

3.1 定位精度精确定位是保证反射镜高精度调焦的重要环节。

为了提高定位精度，需要将反射镜的形状和位置信息反馈到控制系统中，通过反馈控制实现定位。

目前常用的定位方式包括焦距变化法、偏置法和相位控制法等。

其中，相位控制法是一种高精度和实时性较好的方法。

3.2 支撑方式反射镜支撑方式的选择是影响系统稳定性和成像质量的重要因素。

目前主要的支撑方式包括三点支撑、四点支撑、分段支撑等。

其中，四点支撑是一种简单有效的支撑方式，可以保证反射镜稳定性和成像质量。

3.3 支撑结构支撑结构的设计需要考虑反射镜的形状、尺寸和重量等因素。

常用的支撑结构包括刚性支撑和柔性支撑。

刚性支撑适用于大口径反射镜，它能够保证反射镜的形状保持不变，但在振动环境下容易破坏反射镜。

4mSiC轻量化主镜的热控系统设计研究的开题报告

4mSiC轻量化主镜的热控系统设计研究的开题报告
一、研究背景
4mSiC轻量化主镜是目前国内最大的全反射式太阳望远镜主镜，其直径为4米，重量仅为5吨。

该主镜使用了碳化硅材料，具有高的材料硬度和热稳定性，能够避免光学畸变和热变形，提高天文观测的精度和质量。

然而，顶尖天文望远镜的观测需要在高海拔、低温度、低湿度等极端环境条件下进行，这就需要主镜具有优秀的热控制能力，以调节主镜表面温度，避免光学畸变和热变形。

因此，设计一套高效、稳定的热控系统，对于4mSiC轻量化主镜进行顶尖天文观测有着重要的意义。

二、研究目标
本研究旨在设计一套符合4mSiC轻量化主镜特性的热控系统，能够实现对主镜表面的温度控制，以保证天文观测的质量和精度。

具体目标如下：
1. 分析主镜表面温度随环境变化的变化规律，确定温度控制的策略和热控系统的参数；
2. 设计主镜温度传感器和温度调节器，测量和控制主镜表面温度；
3. 针对主镜可能遇到的极端温度情况，设计一套散热系统和加热系统，保证主镜温度始终处于合理范围内；
4. 对热控系统进行仿真和实验测试，验证系统的稳定性和可行性。

三、研究方法
本研究主要采用以下方法：
1. 计算和仿真：采用有限元分析方法和ANSYS软件对主镜表面温度进行模拟和设计主镜热控系统。

2. 实验研究：通过构建实验平台，对设计的热控系统进行验证和测试，验证系统的稳定性和可行性。

四、研究意义
本研究将为我国主流金属轻量化备选材料制造技术的推广和应用奠定科技基础，推动我国望远镜领域研究取得创新性成果，具有重要的意义。

同时，本研究将为国家重大科学工程的顺利实施提供技术支撑，具有重要的应用价值。

SiC反射镜表面改性研究进展

ＭＳ作为有机先驱体的优点是：中ＣＳ比为１可以生Ｔ其／ｉ，成化学计量比的ＳＣ．利于制备出高纯的ＳＣ而且Ｍ沉ｉ有ｉ
积的温度区域相对较宽，９０１０均可发生沉积。在０ — ０ｏ６ＣＣＤ工艺用于ＳＣ反射镜表面的涂层制备时有如下优Ｖｉ
ＳＣ材料的表面改性ｉ
ＳＣ材料的表面改性主要是采用一定的方法在一定温度ｉ
下于ＳＣ表面覆盖一层高致密度的涂层具体到ＳＣ反射镜ｉｉ
材料的特定应用环境，研究最早的方法是采用热压玻璃在ＳＣｉ
衬鹿表面通过材料遇冷收缩使两者粘结。研究量多、最成燕的是Ｓｃ和Ｐ，ｉｉ、ｓ涂层。Ｄ
点：过调节沉积参数可以制备出理论密度、度高达通纯
９．９５９９％的ＢＳＣ，对加工出超平滑、散射的高精度镜面９ —ｉ这低是ห้องสมุดไป่ตู้十分有利的。目前美国ＮＳＡＡ宇航局采用的ＣＤＳＣ经抛Ｖｉ
各种类型的缺点，须对ＳＣ反射镜表面进行改性。本文综述了各种表面改性方法、备机理以及必ｉ制
优缺点，后展望了未来ＳＣ反射镜的发展方向：最ｉ即低成本化和大型化。关键词ＳＣ反射镜；面改性；Ｖｉｉ表ＣＤＳＣ涂层；Ｖｉ层ＰＤＳ涂

Φ510mm SiC超轻量化反射镜的设计与有限元分析

ａｏａｉｔｔｒｔｔｕｃｕｅｓｃｍｐｒｎｇｗｉｈｏｈｅｗｏｓｒｔｒｓｗｈｅｈｅｏｉａｘｉｓｐｏｎｅｏｔｅｚｎｔｎｔｐｔｃ１ａｓｉｉｔｄｔｈｅｉｈ．Ｆｕｒｈｅｍｏｅ。ｔｒｒ
第２Ｏ卷
第８期
光学精密工程
０ｐｔｃｎｄＰｒｃｓｏｉｓａｅｉｉｎＥｎｇｎｅｒｎｉｅｉｇ
Ｖｏ１２ＯＮｏ．．８
Ａｕｇ０１．２２
２１０２年８月
文章编号１０ — ２Ｘ（０２０ — ７８００４９４２１）８１１－７
ｔｒａａｔｒ．Ｉｓｓｗｎｔａｎｔａｐｎｕｏｔｎｇｎｍｉｒｒｂｃｕｅｐｒｍｅｅｓｔｉｈｏｈｔｉｈｅｓｍｅ６ｏｉｔｓｐｐｒｉｓｏｒｏａｋｓ，ｔｓｕｌｒ —ｉｈｔｈｉｔａｌｇ —
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｏｅｅｏ０５０ｄｖｌｐａ１ｍｍＳｉＣｕｌｒ —ｉｈｔｉｈｔｔａｌｇｗｅｇｍｉｒｒ，ｔｓｒｏｈｉｐａｒｒｏｅａｕｔａｌｇ — ｐｅｐｏｐｓｓｎｌｒ —ｉｈｔ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｗｅｇｔｓｒｃｕｅｗｉｈａｓｃｉｎｉｈｐｆｒ，ａｔｒａｔｕｔｒｎｒｇｌｒｔｉｎｌ，ａｄａｆｃｌｔｉｈｔｕｔｒｔｅｔｏｎｓｉｏｍｎｉｅｎｌｒｃｕｅｉｅｕａ —ｒａｇｅｎａｅｐａｅｎｓ

大口径空间反射镜轻量化设计研究

30文|陈利左腾大口径空间反射镜轻量化设计研究摘要：本文对大口径空间反射镜的轻量化设计进行了研究，阐述了选取大口径空间反射镜应选取高强度/比刚度、良好的耐热冲击和热变形性、良好的空间稳定性的材料，同时要综合考虑材料本身的成本和加工工艺难度。

其次给出了当前较常见的三种大口径空间反射镜的轻量化结构形式，说明了三种结构形式各自的优点及设计时需综合考虑的因素。

关键词：大口径空间反射镜；反射镜材料；轻量化作为折转式光学系统特别是光谱仪或者空间相机等反射光学系统的核心元件，大口径空间反射镜的结构稳定性设计、布置与支撑对仪器整体性能有极大影响，与此同时当前光谱仪或者空间相机等仪器设备的性能对于视场、作用距离、分辨率、成像质量的要求也越来越高，反射镜的口径也随之越来越大，其自身质量也随之不断增加，这使得反射镜的轻量化与柔性支撑设计也越来越困难，同时光谱仪及空间相机等设备在使用时都要面临高低温循环变化、振动冲击等各类热力学和动力学环境的综合作用影响，在这些过程中反射镜由于自身材料及重量的限制可能会出现结构形变、屈服变形、疲劳破坏等现象，会严重影响仪器的使用和寿命。

此时就需要反射镜在保证自身大口径的同时确保具有较低的自身重量和足够的刚度、强度和环境热稳定性，因此大口径空间反射镜的轻量化设计就显得尤为重要。

一、大口径空间反射镜材料选取大口径空间反射镜材料的选取需符合以下要求：1、高比刚度与高强度高比刚度和高强度的材料能确保反射镜有较小的重力变形和足够的结构稳定性，以确保反射镜在空间工作时不会产生影响光学系统工作性能的重力形变超差或结构破损。

2、良好的热稳定性与空间环境稳定性空间反射镜在工作时会面临宽幅域的环境温度和剧烈变化的环境温度冲击，良好的热稳定性材料可以确保反射镜在环境温度变化时不会产生较大的热形变，从而确保反射面的面型和工况系数。

3、较好的机械可加工性与光学可加工性选取较好的机械可加工性和光学可加工性材料可以降低反射镜在加工时的工艺难度、缩短加工周期，从而降低加工成本，且成熟的加工工艺可以确保反射镜的工艺加工质量。

超轻量化SiC反射镜有限元分析及应用_余建军

第32卷第4期2006年7月光学技术OP T ICA L T ECHN IQ U E V ol .32No .4July 2006 文章编号:1002_1582(2006)04_0584_03超轻量化SiC 反射镜有限元分析及应用余建军,黄启泰(苏州大学现代光学技术重点实验室,江苏苏州　215006)摘　要:对超轻量化SiC 反射镜进行了有限元分析。

设计了超轻量化SiC 反射镜的镜体结构。

采用M SC .N astran 分析软件对其进行了有限元工程分析。

分析结果表明,可满足SiC 反射镜面形精度的要求和轻量化的要求。

介绍了一种SiC 反射镜无镜框支撑结构。

关键词:SiC 反射镜;有限元分析;轻量化;支撑结构中图分类号:T H706 文献标识码:AAnalysis and application of the finite elementmethod of the super lightweight SiC mirrorYU Jian _jun ,HU AN G Qi _tai(Soochow University ,Suzhou 215006,China )Abstract :T he super lightweig ht SiC mirror is analy zed using finite element method (FEM )to the requirement of the sys -tem 's technolog y .T he mirro r structure of the super lightweig ht SiC mirror and the circumstance o f sustaining are designed .T he M SC .N astran softw are is used to analyze the F EM project .T he analysis results show that the precision requirement and the requirement of the super lig htw eight of the SiC mirror are satisfied ,A none _frame sustaining structure of the SiC mirror is introduced .Key words :SiC M irror ;finite element method ;lig htw eight ;sustaining structure1　引　言由于空间光学系统使用条件的特殊性和像质要求的不断提高,对非球面反射镜的轻量化要求也越来越高。

超轻量化SiC反射镜的优化设计

超轻量化SiC反射镜的优化设计
江浩;张雷
【期刊名称】《电光与控制》
【年(卷),期】2017(024)007
【摘要】针对空间光学遥感器对大口径主反射镜质量轻、面形精度高的要求,设计了一种超轻量化SiC反射镜.首先确定反射镜的轻量化方案,之后采用集成优化方法,在ISight软件平台上集成几何建模、有限元分析和面形拟合等设计流程并自动化运行.反射镜结构参数为优化变量,镜体质量和面形精度RMS值为目标函数.采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)对集成优化模型进行多目标、全局性的优化求解.最后结合制造工艺调整优化结果,得到反射镜的最终设计方案并仿真分析.结果表明,反射镜的质量为11.4 kg,面密度为37 kg/m2,光轴水平工况下面形RMS值为1 nm,一阶自由模态频率为1100 Hz.结果验证了所提出的集成优化方法的有效性.【总页数】4页(P66-69)
【作者】江浩;张雷
【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院大学,北京 100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;长光卫星技术有限公司,长春 130102
【正文语种】中文
【中图分类】TH703
【相关文献】
1.超轻量化SiC反射镜的制备及性能 [J], 董斌超;张舸
2.超轻量化反射镜:C/SiC的最新进展 [J], 郝寅雷
3.长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计 [J], 齐光;李景林;王书新;任建岳
4.Φ500mm超轻量化SiC反射镜结构优化设计 [J], 赵宇;苏成志;赵贵军;杨光
5.Ф210mm超薄超轻SiC反射镜多目标集成优化设计 [J], 张雷;柯善良;李林;贾学志;杜一民
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大口径碳化硅轻质反射镜镜坯制造技术的研究进展

第３３卷第４期２００７年７月光学技术ＯＰＴＩＣＡＬＴＥＣＨＮＩＱＵＥＶｄ．３３Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ２００７文章编号：１００２．１５８２（２００７）０４．０５１０．０４大口径碳化硅轻质反射镜镜坯制造技术的研究进展＋唐裕霞１，张舸２（１．重庆工商大学理学院，重庆４０００６７；２．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春１３００３３）摘要：比较了目前空间遥感相机中常用的四种反射镜镜体材料——仉Ｅ，Ｚｅｒｏｄｕｒ，铍（Ｂｅ）和碳化硅（ｓｉｃ）的各项性能。

结果表明：ＳｉＣ陶瓷具备比较明显的综合优势，是制备空间用反射镜的最佳候选材料。

阐述了碳化硅反射镜镜坯的四种制备工艺。

介绍了当前国内外碳化硅质轻型反射镜镜坯的发展情况。

关键词：碳化硅；轻型反射镜；制备工艺中图分类号：ＴＱｌ６文献标识码：ＡＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｌａｒｇｅｓｃａｌｅｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｅｄＳｉＣｍｉｒｒｏｒｂｌａｎｋＴＡＮＧＹｕ－ｘｉａｌ．ＺＨＡＮＧＧ∥（１．ＴｈｅＳｄｅｎｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６７，Ｃｈｉｎａ）（２．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｍｅｙｏｆＳｄｅｎｅｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｏｕｒｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｓｐａｏｅｃａｍｅｒａ，ｓｕｃｈ弱ＵＬＥ，Ｚｅｒｏｄｔｌｒ，Ｂｅａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ（ＳｉＣ），Ｒｔ＇ｅｒ埘ｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔ￥［ＫＹＷＳｔｈａｔｔｈｅｖａｒｉｅｔｙｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｉＣｅｘｃｅｌｌｅｎｔ．ａｎｄ∞ＳｉＣｃｅｒａｍｉｃｉｓｔｈｅｂｅａｔｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｐａｃｅｃａｍｅｒａｍｉｒｒｏｒ．ＦｏｕｒｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＳｉＣａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｅｄＳｉＣｍｉｒｒｏｒｂｌａｎｋｉｎｈｏｎｌｅａｎｄａｂｒｏａｄｒｅｃｅｎｔｌｙｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ；ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｅｄｍｉｒｒｏｒ；ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ１引言为了提高空间望远镜、遥感侦察相机等大型光学遥感系统的分辨率，通常采用长焦距和大相对孔径的全反式或折反式光学系统。

我国成功研制4米口径高碳化硅反射镜,是世界最大口径的碳化硅反射镜

我国成功研制4米口径高碳化硅反射镜，是世界最大
口径的碳化硅反射镜
日前从中国科学院获悉，由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的国家重大科研装备研制项目“4米量级高精度SiC非球面反射镜集成制造系统”通过项目验收。

这是公开报道的世界上最大口径碳化硅单体反射镜，标志我国光学系统制造能力跻身国际先进水平，为我国大口径光电装备跨越升级奠定了坚实基础。

4米口径高精度碳化硅非球面反射镜
大口径高精度非球面光学反射镜是高分辨率空间对地观测、深空探测和天文观测系统的核心元件，其制造技术水平对一个国家的国防安全、国民经济建设、基础科研能力具有重要意义，也是衡量一个国家高性能光学系统研制水平的重要标志。

而碳化硅陶瓷材料是国际光学界公认的高稳定性光学反射镜材料，采用碳化硅材料可大幅提高大口径成像系统的性能。

例如，对光学望远镜而言，反射镜的口径决定了望远镜的分辨率——越是大口径反射镜的望远镜看得越清楚。

研究人员在观察加工中的碳化硅反射镜。

大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究

ｍｅｔｏｅｓａｉｎｒａｔｂｅｖｔｎ．Ｌｒｅａｒｕｅｒｆｅｔｒｈｓｂｃｍｅａｋｙｆｃｏｆｅｔｇｔｅｐｒｏｍａｃｎｆｇｏｔｔａｙｅｒｈｏｓｒａｉｏｏａｇｐｔｒｅｌｃｏａｅｏｅａｔｒａｃｉｈｅｆｒｎｅ，ｗｅｇｔｅｎｉｈｎｏｔｏｅｔｅｓｒａｄｃｓｆｔｅｒｍｏｅｓｎｏ．Ｔｈｌｒ－ｉｈｅｅｔｒｗｉｈ２ｄａｔｒｉｔｄｅｎｈｕｃｉｎｏｏｉｉｎｎｎｄｈｅｕｔａｌｔｒｆｃｏｔｍｉｍｅｅｓｓｕｉｄａｄｔｅｆｎｔｆｐｓｔｉｇａｇｌｏｏｍｏｎｉｇｓｓｅｉｎｌｚｄ．Ｔｅｐｓｔｎｎｄｍｏｎｉｇｓｈｍｅｗｈｃｔｔｅｌｇｐｒｕｅｕｔ－ｉｈｆｃｏｓｐｔｕｔｎｙｔｍｓａａｙｅｈｏｉｉｉｇａｕｔｃｅｉｈｆｈａｅａｅｔｒｌａｌｔｒｌｔｒｉｕｏｎｎｉｒｒｇｅｅｏｗｒｅｚｔｆｔｃｅｓｇｖｎ．ｆｒａｄａｄｔｅｒａｉａｉｎｏｅｓｈｍｅｉｉｅｎｈｌｏｈ
摘
要
地球静止轨道光学遥感器的发展以及遥感器分辨率的不断提高，使得光学遥感器的口径越来
越大，口径反射镜正在成为制约遥感器性能、量和研制成本的关键因素。本文主要围绕２口径的超轻大质ｍ
型反射镜开展研究，分析了定位和支撑系统的主要功能，出了适合大口径、轻型反射镜的定位和支撑系提超

碳化硅轻型反射镜技术

第7卷　第2期光学　精密工程Vo l.7,N o.2 1999年4月OPT ICS AND PRECISION ENGINEERIN G A pr il,1999碳化硅轻型反射镜技术马文礼沈忙作(中国科学院光电技术研究所,成都610209) 摘要　给出了常用的轻质材料,对比分析了碳化硅的材料特性。

介绍了碳化硅反射镜制造中的几个关键技术,包括RB碳化硅反射镜毛坯制造,SiC涂层技术和SiC反射镜的加工技术。

关键词轻型反射镜　碳化硅1　概述随着轻小型卫星、天基监视器、拦截器等空间应用技术的发展,对空间光学系统提出了更高的要求。

要求光学系统具有宽波段范围,从紫外到可见,再到长波红外,光学系统都应具有良好的成像质量。

此外,光学系统还应具有结构紧凑、重量轻。

我们知道,光学系统的重量直接影响整个空间仪器或空间系统的重量。

目前,空间系统的发射费用大于2万美元/kg,光学系统减轻100kg的重量,有效载荷就能够减少250～300kg,其结果不单节省了几千万美元的发射费用,而且提高了空间探测器的飞行性能,特别是拦截器的飞行性能。

发展轻型光学系统,一体化优化设计可以使整个系统的结构合理、紧凑,缩小体积、减少重量。

然而仅仅一体化设计还不能使光学系统达到最轻的重量,必须选用密度低、比刚度大的新型材料,如铍、碳化硅等。

用这些轻质材料制造光学系统元件和结构件,可以大幅度减轻整个光学系统的重量。

在紫外到长波红外宽波段范围工作的光学系统只有全反射式光学系统能满足这一要求。

在全反射式光学系统中,反射镜是最为关键的。

减轻反射镜的重量,也相应地减少了反射镜支撑固定部分的重量。

最近几年,碳化硅反射镜的发展格外引人注目。

碳化硅具有(1)铍一样的比刚度;(2)玻璃的光学性能,能够达到可见光的衍射极限分辨率;(3)从常温到低温有较好的光学/热稳定性;(4)铝合金反射镜的价格。

而成为空间光学系统轻质反射镜的优选材料。

收稿日期:1998-10-15 美国SSG 公司研制了一系列高形态比的碳化硅轻型反射镜,典型的有:直径90mm ,重量小于30g ;230m m 直径,网格结构的反射镜重量小于400g 。

轻型碳化硅陶瓷反射镜材料研究进展

中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2009(45)第 4 期│9文章编号：1001-9642（2009）04-0009-04轻型碳化硅陶瓷反射镜材料研究进展彭晓英，陈玉峰(中国建筑材料科学研究总院，北京 100024)收稿日期:2009-2-24E-mail:pengxiaoying@【摘要】：碳化硅陶瓷反射镜是高性能、轻型反射镜的国际发展主流。

本文叙述了碳化硅反射镜的特点；比较了几种碳化硅陶瓷材料的制备技术，并分析了其用于制备反射镜时的优缺点；介绍了国际上常用的几种碳化硅反射镜的制备技术；最后对国内碳化硅陶瓷反射镜的发展现状及存在问题进行了分析。

【关键词】：碳化硅，反射镜，轻量化中图分类号: TQ174.75+8.12 文献标识码:B引言随着遥感技术的迅猛发展，空间相机经历了从折射式光学系统发展到折反式光学系统再到全反射式光学系统的发展过程，从而使空间相机具有谱段宽、焦面稳定以及重量轻等优点。

同时，用户对空间相机的性能也提出了越来越高的要求，主要体现在：提高相机地面分辨力、实现相机轻量化结构和实现镜体一体化设计。

实现这些目标必须采用高性能的反射镜。

传统反射镜材料已经满足不了这些要求，因此必须研制新型的反射镜材料。

碳化硅陶瓷材料作为新一代反射镜材料，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首选材料。

本文总结了碳化硅材料及碳化硅反射镜的研究进展，对不同制备工艺进行分析，同时指出了制备具有轻量化结构的高性能碳化硅陶瓷反射镜的合理工艺途径。

1 碳化硅材料的性能作为反射镜材料，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：（1）金属材料，包括铍、铝、合金等。

1.5m量级空间轻量化碳化硅反射镜镜坯制备关键技术及应用

1.5m量级空间轻量化碳化硅反射镜镜坯制备关键技术及应用1. 引言1.1 概述现代航天技术的快速发展对光学设备的要求越来越高，特别是在空间观测任务中，反射镜作为关键部件之一，对于获得清晰、准确的图像具有重要意义。

碳化硅材料由于其出色的热性能和机械性能，成为了广泛应用于空间领域的首选材料之一。

然而，制备大尺寸低质量的碳化硅反射镜仍然是一个具有挑战性的问题。

因此，本文将重点介绍1.5m量级空间轻量化碳化硅反射镜镜坯制备关键技术，并探讨其在航天领域中的应用。

1.2 文章结构本文共分为五个部分。

引言部分主要介绍了文章的背景、目标和结构。

第二部分将详细介绍碳化硅反射镜镜坯制备技术，包括空间轻量化要求、碳化硅材料选择与制备方法以及镜坯模具设计与制备等内容。

第三部分将阐述1.5m碳化硅反射镜制造工艺流程，包括镜面抛光工艺优化、表面贴膜处理技术研究以及反射镜性能测试与评估方法研究等方面。

第四部分将对碳化硅反射镜在航天领域的应用发展现状进行分析，包括卫星观测任务需求对反射镜性能的影响分析、国内外空间碳化硅反射镜应用案例分析以及发展趋势及未来展望等内容。

最后一部分为结论，总结了本文的主要内容和取得的成果。

1.3 目的本文旨在系统地研究1.5m量级空间轻量化碳化硅反射镜镜坯制备关键技术，并深入探讨其在航天领域中的应用前景。

通过对碳化硅材料选择、制备方法、模具设计与制备的探讨，以及对工艺流程优化、表面贴膜处理技术和性能测试方法的研究，有助于提高大尺寸轻量化碳化硅反射镜的制造水平，并推动其在航天领域中更广泛的应用。

同时，本文还将分析了当前碳化硅反射镜在航天领域的应用发展现状，为未来的研究和应用提供有益的参考。

以上就是本文引言部分的详细内容，主要介绍了文章的背景及意义、结构以及研究目的。

接下来将在第二部分中详细介绍碳化硅反射镜镜坯制备技术。

2. 碳化硅反射镜镜坯制备技术2.1 空间轻量化要求随着航天任务的发展，对空间装备的要求越来越高，其中之一就是重量限制。

_510mmSiC超轻量化反射镜的设计与有限元分析_张媛媛

学、热性能参数，如表１所示。
表１ＲＢ－ＳｉＣ材料各项性能参数Ｔａｂ．１ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒＲＢ－ＳｉＣ
性能参数
材料弹性模量
泊松比密度
热膨胀系数（室温０～４０ ℃）
热传导系数抗弯强度断裂韧性比热
数值
ＲＢ－ＳｉＣ３４０ＧＰａ
０．１７２８３０ｋｇ／ｍ３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｄｅｖｅｌｏｐａΦ５１０ｍｍＳｉＣｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｍｉｒｒｏｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈａｓｅｃｔｉｏｎｉｎｓｈｉｐｆｏｒｍ，ａｎｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｒｅｇｕｌａｒ－ｔｒｉａｎｇｌｅ，ａｎｄａｆａｃｅｐｌａｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｒｅｇｕｌａｒ－ｈｅｘａｇｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｗｅｉｇｈｔｉｓ１．８５ｋｇ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｏｔｈｅｒｔｗｏｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｗｅｉｇｈｔｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇａｌｌｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｓａｍｅ６ｐｏｉｎｔｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｓｏｎｍｉｒｒｏｒｂａｃｋｓ，ｔｈｉｓｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｗｎｓａｂｓｏｌｕｔｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｉｒｒｏｒｓｕｒｆａｃｅ（ＲＭＳ）ａｓｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｏｔｈｅｒｔｗｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｈｅｎｔｈｅｏｐｔｉｃａｌａｘｉｓｉｓｐｏｉｎｔｅｄｔｏｔｈｅｚｅｎｉｔｈ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，Ｐａｔｒａｎ＼Ｎａｓｔｒａｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｒｒｏｒｓｕｒｆａｃｅｗｈｅｎｔｈｅａｘｉｓｉｓｐｏｉｎｔｅｄｔｏｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎ，ａｎｄｉｔｓｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｅｓｅｎｔｔｈａｔａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｅｓｏｆｔｈｉｓｕｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｍｉｒｒｏｒｍｅｅｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ａｍｉｒｒｏｒｂｌａｎｋｗｉｔｈａｗｅｉｇｈｔａｂｏｕｔ２．２ｋｇａｎｄｓｕｒｆａｃｅｄｅｎｓｉｔｙａｂｏｕｔ１０．８ｋｇ／ｍ２ｉｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．Ｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，

大口径轻质非球面反射镜制造技术研究

辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CA M）和计算机辅助工程（CAE ）结合起来。通过加工工艺与设计过程的融合，最终能达到最佳设计工艺，可保证设计与
U graph c CAD／CAM 软件。图1 给出了应用 UG 对 CAD／CAM 系统进行编程的流程图。
加工的正确、高效、可靠。
Key words ：li ght wei ght ；asphere ；mirror ；manuf act ure
1 引言
bi nocular telescope ）的主镜，其口径为8 .4 m，减重率在70 % 以上；焊接成型的轻质镜是哈勃空间望远镜
某项目的关键组成部分之一是大口径卡塞格林的主镜，其口径为2 .4 m，减重率在70 % 左右；采用
径轻质高精度非球面镜的加工和检测技术。
2 大口径轻质镜坯的制造
" 收稿日期：2004- 06- 21 作者简介：宋淑梅（1963- ），女，吉林省吉林市人，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所副研究员，主要从事大口径光学元件加工与检测方面的研究。
246
第2 期
宋淑梅，等：大口径轻质非球面反射镜制造技术研究
统的有效途径。
本项目中的轻质反射主镜的主要技术指标是：
轻质反射镜与实体反射镜相比具有如下技术优
势：（1 ）通过减轻系统的整体重量有利于提高系统的机动性；（2 ）通过提高光学系统的比刚度，可减少因重力作用引起的镜面变形，可保证光学系统在使用
抛物面通光口径大于1000 mm，相对口径为1I 2 ，减重率#65 % ，面形精度的均方根值 R MS $!／20（! = 633n m），且高频误差要小。
大口径轻质非球面反射镜制造技术研究"

SiC反射镜及其制备工艺的研究进展

９，ｏ且其热稳定性比超低膨胀玻璃还要好ｌ致密ｌ；
的ＳＣ陶瓷光散射小、宽的电磁波范围内反射率ｉ在
高，够达到可见光的衍射极限分辨率；外，ｉ能此ＳＣ
无毒，化学腐蚀、氧原子和电子束冲刷及辐射能抗抗力很强，Ｔ热导率及机械性能具有各向同性，ＣＥ、且
ＳＣ反射镜的制备一般有以下工步：体制备ｉ坯一预加工一表面致密化涂层一表面光学精加工一轻
量化加工一ＳＣ卫星反射镜片。ｉｊ１１ＳＣ反射镜坯体制备．ｉ
过处理的烧结助剂与ＳＣ微粉以一定比例混合并注ｉ
Ｔｈｌｎｒｐｒｔｎｅｓｕｆｃｏｔｎｅｂａｋｐｅａａｉ，ｄｎｅｓｒａｅｃａｉｇ，ｐｅｉｉｎｍａｈｎｎｆｈｐｉａｕｆｃｎｉｈｉｈａｒ— ｏｒｃｓｏｃｉｉｇｏｅｏｔｌｒａｅａｄｌｔｗｅｇｔｂｉｔｃｓｇｆｃｔｎａｅｐｅｅｔｄａｉｒｒｓｎｅ．ＴｈｒｄｄｒｇｅｓａｄｐｅｅｔｓａｅｏｉｍｉｒｒａｅｒｖｅｄｅｈｔａｌｎｈｏｅｗｏｌｗｉｅｐｏｒｓｎｒｓｎｔｔｆＣｒｏｒｅｉｗｅｍｐａｉｌａｄｔｅＳｃｙ
ＳＣ反射镜坯体的制备的工艺方法有：机先ｉ有
驱体转化法、化学气相沉积法（ＶＤ）热压烧结法、Ｃ、

SiC光学反射镜发展现状

主要综述sic作为光学反射镜材料在设计制造光学加工和应用方面的发展现状同时对今后sic作为光学镜片材料的发展趋势进行了展望
SiC光学反射镜发展现状
SiC光学反射镜发展现状
主要综述SiC作为光学反射镜材料在设计、制造、光学加工和应用方面的发展现状,同时对今ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱSiC作为光学镜片材料的发展趋势进行了展望.
作者：韩杰才姚旺张宇民 Han Jiecai Yao Wang Zhang Yumin 作者单位：哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨,150001 刊名：宇航材料工艺 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE MATERIALS & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2005 35(4) 分类号：V2 关键词：SiC 反射镜设计制造光学加工