中國(guó)粉體網(wǎng)訊 7月9日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2024高端研磨拋光材料技術(shù)大會(huì)”在河南鄭州成功召開(kāi)。會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到多位專(zhuān)家學(xué)者、企業(yè)家代表做客“對(duì)話(huà)”欄目，圍繞高端研磨拋光材料的技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向進(jìn)行了訪(fǎng)談交流。本期，我們分享的是中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員王孝坤的專(zhuān)訪(fǎng)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王研究員，您好，請(qǐng)問(wèn)與傳統(tǒng)材料相比，碳化硅作為空間反射鏡材料具有哪些優(yōu)點(diǎn)？
王研究員：碳化硅材料它的優(yōu)勢(shì)是很多的，主要有兩點(diǎn)。第一個(gè)我們叫比剛度，什么叫比剛度呢？就是剛度比上密度，剛度越大，密度越小，它的兩個(gè)值一比，越大說(shuō)明這個(gè)材料的比剛度越高。第二個(gè)是熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性的定義是什么呢？就是它的熱導(dǎo)率比上它的線(xiàn)脹系數(shù)。熱導(dǎo)率越大，線(xiàn)脹系數(shù)越小，這個(gè)材料的熱穩(wěn)定性越好。
跟傳統(tǒng)的玻璃和金屬等材料相比，碳化硅材料的比剛度和熱穩(wěn)定性，它的優(yōu)勢(shì)非常明顯。所以我們可以說(shuō)碳化硅是空間反射鏡的首選材料。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王研究員，碳化硅材料在制作反射鏡的過(guò)程中存在哪些加工難點(diǎn)？應(yīng)該怎么解決？
王研究員：大家都知道，碳化硅材料非常硬，硬度僅次于金剛石，所以在加工過(guò)程中難度非常大。再一個(gè)，鏡坯燒結(jié)完以后，精度是非常粗糙的。所以我們需要采用很多加工方法，實(shí)現(xiàn)從毫米、微米再到納米的跨越。比如說(shuō)傳統(tǒng)的數(shù)控研磨以及應(yīng)力盤(pán)拋光、磁流變拋光、離子拋光等很多種加工方法。在加工過(guò)程，為了確保加工進(jìn)度，每個(gè)階段還要進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的難度也是非常大的，因?yàn)橹挥袡z測(cè)得準(zhǔn)，才能加工得準(zhǔn)，所以我們也發(fā)明了很多檢測(cè)手段，包括子孔徑拼接、計(jì)算全息補(bǔ)償，這都是我們需要對(duì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行的攻關(guān)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王研究員，碳化硅反射鏡的精密加工技術(shù)有哪些？
王研究員：碳化硅加工技術(shù)有很多階段，每個(gè)階段都有不同的技術(shù)，銑磨階段采用銑磨機(jī)床，其實(shí)跟機(jī)械加工差不多，主要是粗加工。后面我們還需要研磨、粗拋光、精拋光，這些技術(shù)里面就分了很多種，比如CCOS（計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成型技術(shù)）、應(yīng)力盤(pán)拋光、氣囊拋光，還有更高精度的磁流變拋光、離子束拋光，所以碳化硅的加工技術(shù)是多手段的組合加工技術(shù)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王研究員，您認(rèn)為未來(lái)大口徑碳化硅反射鏡發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)是怎樣的？
王研究員：我覺(jué)得主要有四個(gè)方面。第一個(gè)是材料的超輕量化。我們上天發(fā)射的話(huà)，反射鏡重量每增加一克，發(fā)射就增加一克黃金的代價(jià)。所以說(shuō)反射鏡要做的越來(lái)越輕，在輕量化方面我們還需要做很多工作，既要做得很輕，還要保證各項(xiàng)性能符合要求。
第二個(gè)是加工檢測(cè)手段方面，原來(lái)我們追求加工檢測(cè)手段標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化，現(xiàn)在我們要向智能化的方向發(fā)展。
第三個(gè)是多狀態(tài)一致性。鏡體是在地面上加工完成，但是到天上，在沒(méi)有重力或者微重力狀態(tài)下，鏡體肯定發(fā)生變形，除了加工，有時(shí)候檢測(cè)的狀態(tài)也不一致，所以我們需要攻克多狀態(tài)一致性的加工檢測(cè)技術(shù)。
剛才我們說(shuō)了反射鏡受衛(wèi)星包絡(luò)的影響和加工檢測(cè)能力的限制，不可能做到無(wú)限大，地基的反射鏡現(xiàn)在最大的是玻璃的，能做到八米四。天上的話(huà)我們現(xiàn)在在突破四米。受到包絡(luò)的限制，以后我們將采用分塊拼接式加工。在地面上組裝調(diào)整好，收起來(lái)，然后發(fā)射到天上像傘一樣把它撐開(kāi)。
但是這樣的話(huà)就帶來(lái)很多困難。因?yàn)榉瓷溏R是曲面的，如果是平面的話(huà)，展開(kāi)就是平坦化的。但是我們這個(gè)曲面是一個(gè)非球面，它每一點(diǎn)的曲率都不一樣，我們?cè)趺幢ＷC加工過(guò)程當(dāng)中的曲率一致性？我們不光要實(shí)現(xiàn)共焦，還要達(dá)到共相的精度，這是非常難的，還需要加強(qiáng)這方面的研究。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王研究員，請(qǐng)問(wèn)您團(tuán)隊(duì)在碳化硅反射鏡的高精度制造方面取得了哪些成果？
王研究員：我們團(tuán)隊(duì)的成果主要圍繞四個(gè)方面。第一個(gè)就是這個(gè)鏡坯材料制備方面，國(guó)際上最大口徑是一米五，我們現(xiàn)在制造的口徑達(dá)到了四米，是目前世界上最大的尺寸。第二個(gè)是在加工檢測(cè)方面，根據(jù)加工的各種方法，比如剛才我提到的離子束拋光、應(yīng)力盤(pán)拋光，我們開(kāi)發(fā)了多手段組合加工方法。在檢測(cè)技術(shù)方面，我們開(kāi)發(fā)了很多檢測(cè)的技術(shù)和裝備，包括我們這個(gè)子孔徑拼接、計(jì)算全息補(bǔ)償?shù)龋覀兘锌绯叨鹊亩喾椒ńM合檢測(cè)技術(shù)。
第三個(gè)是鍍膜改性方面。因?yàn)檫@么大的反射鏡，我們需要改性鍍膜。我們采用面朝上（Face Up）的形式，對(duì)鏡體進(jìn)行鍍膜。四米大的鏡子，膜層要控制在5%以?xún)?nèi)。在全波段的話(huà)，從紫外到紅外可見(jiàn)，平均反射率要達(dá)到95%以上還是非常困難。
第四個(gè)的話(huà)就是在這個(gè)全鏈條的制造裝備方面。從材料的加工、檢測(cè)到鍍膜，所有的裝備都是我們自己研制的，也是自主可控的。相應(yīng)地，我們獲得了國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，軍隊(duì)的、省部級(jí)的各種獎(jiǎng)勵(lì)幾十項(xiàng)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：感謝王研究員接受我們的采訪(fǎng)！
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/梧桐）
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