大口径碳化硅反射镜是怎么“炼”成的？

中国粉体网讯  大口径望远镜为探测宇宙天体、国土资源普查、智慧城市建设、交通设施监测、农业估产、生态环境监测、防灾减灾、公共应急卫生等领域提供了重要的信息支持。而大口径反射镜是大口径望远镜成像的核心关键部件，大口径望远镜犹如我们观察世界的“千里眼”，而大口径反射镜好比是“千里眼”的“眼角膜”。

随着技术的不断进步和需求的不断提升，要求望远镜的分辨率越来越高，这就要求望远镜的口径越来越大，相应的反射镜的口径也越来越大，对反射镜材料要求更高。从最初的折射式镜头的光学玻璃，到第一代反射式镜片的铝合金、铜合金，再到第二代的金属铍、ULE、Zerodur，这些材料在力热性能上或多或少存在短板，后来西方发达国家把目光投向具有优异综合性能的碳化硅陶瓷。与传统的金属和玻璃材料相比，由于碳化硅材料具有适中的密度、较高的弹性模量、高度的尺寸稳定性、较小的热膨胀系数、较强的辐射稳定性及良好的光学加工性能等一系列优秀的物理性质，目前已经成为大尺寸光学反射镜的最佳候选材料。

然而，反射镜口径越大，光学材料制备和光学加工的难度呈几何级上升；当口径超过一定量级时，会对光学材料和光学加工均带来巨大的挑战。加工一面普通镜子，尚可要做到平整，对于对于反射镜而言，这一要求更是达到了极致。

碳化硅材料硬度极高，常见材料中仅次于金刚石，其磨削抛光至纳米表面精度难度极大，因此需要通过采用应力盘抛光、磁流变抛光等组合加工技术来实现非球面的制造精度、提升加工效率。其中，磁流变具有抛光精度高、材料去除确定性高等优点，可实现近零亚表面损伤和纳米级精度抛光。美国QED公司掌握了磁流变的核心技术，但公开报道中最大只做到1.8米反射镜。之后，再无任何更大口径的反射镜论文发表。

4米量级高精度碳化硅非球面反射镜

来源：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所经过20余年的潜心研究和技术攻关，突破了大口径轻量化碳化硅反射镜镜坯制备、大口径碳化硅非球面反射镜高效高精度加工与检测、大口径碳化硅非球面反射镜改性与镀膜等关键技术，建立了具有完全知识产权的4m量级轻量化碳化硅非球面反射镜全链路集成制造系统，核心关键技术、原材料、软件和设备完全自主可控，整体达到国际领先水平，制造完成了口径4.03m国际上公开报道尺寸最大的碳化硅非球面反射镜，最终面形精度达到15.2nm RMS，是我国在大口径光学制造领域的重大技术突破。

2024年7月9日，中国粉体网将在郑州举办“2024高端研磨抛光材料技术大会”。届时，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所王孝坤主任作《大口径碳化硅反射镜高精度制造技术》的报告，报告将对中国科学院长春光学精密机械与物理研究所潜心研究的4m量级轻量化碳化硅非球面反射镜的创新技术进行了详细介绍，并对大口径非球面制造技术发展趋势和成果推广与应用情况进行了评述。

专家简介

王孝坤，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，工学博士/研究员/博导/主任，从事先进光学制造与测试技术研究20余年，承担国家及省部级项目20余项。入选长白山人才、中科院特聘核心研究员、全国光学与光子学标委会委员、全国电子信息材料与器件专委会常务委员、中国光学工程学会先进光学制造专委会委员、中国光学学会光学测试专委会委员、科技部/教育部/中科院/吉林省/江苏省科技专家；担任20余种国内外核心期刊的编委或审稿专家，发表论文100余篇，申请专利50余项。荣获了中国科学院杰出科技成就奖、吉林省技术发明一等奖、军队科技进步一等奖、吉林省专利金奖、中国专利奖和中国质量奖等10余项奖项。

来源：中国科学报、院史天下、中国科学报

（中国粉体网编辑整理/空青）

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