sic反射镜镜坯制备工艺的综述与探讨

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1、sic反射镜镜坯制备工艺的综述与探讨摘要：本文从Sic和C/SiC复合材料的制备工艺出发，综述了各种制备SiC及C/SiC复合材料反射镜镜坯工艺的机理、优缺点和国内外研究现状。并对SiC及C/SiC复合材料用作反射镜镜坯提出了一些建议。关键词：SiC反射镜C/SiC复合材料制备工艺轻量化1引言SiC作为反射镜材料具有重量轻、热稳定性好、制备工艺相对简单、成本低、光学加工性能好、光学性能优异等特点，已经成为反射镜的首选材料［1］。目前对SiC反射镜的研制取得了一定的成效，并且已经在一定的范围内得到了应用［2〜3］。C/SiC复合材料密度更小，减重效果更好。据悉，目前空间系统的发射费用大于20

2、,000美元/kg。光学系统减轻100kg的重量，有效载荷能减少250〜300kg,不但节省了发射费用，而且提高了空间探测器的飞行性能［4］。另外，C/SiC复合材料具有CTE、热导率和机械性能各向同性、抗化学腐蚀、在应力下无老化和蠕变以及成本低、结构可设计等特性。因此，SiC及其C/SiC复合材料被认为是今后反射镜材料的发展重点。本文从SiC及其C/SiC复合材料的制备方法出发，介绍了SiC反射镜镜坯的研究进展。2SiC反射镜镜坯制备工艺SiC反射镜坯体的制备方法很多，目前已经应用或有望应用于制备Sic反射镜镜坯的方法主要包括：常压烧结法、反应烧结法、热（等静）压烧结法、液相硅浸渍法、先

3、驱体转化法和化学气相渗积法等。2.1常压烧结法该方法又称无压烧结，是美国GE公司的S.Prochazka［5］在1974年发明的。它是将SiC粉末、有机粘结剂以及适当的烧结助剂充分混合模压形成素坯，具有一定强度的素坯经过相应的机械加工做成所需的形状，最后在一定温度及常压下烧结。由于SiC的扩散活化能极低，纯SiC粉末的烧结是十分困难的，需要的温度也很高（＞2000°C）o一般來说，常压烧结SiC都要加入一定量的烧结助剂如B、C、B4C、A1203、MgO、Y203等。烧结助剂的作用是提高界面或体积扩散能，或者在一定温度时产牛一定量的液相，从而降低烧结温度，提高致密度。采用常压烧结法得到的S

4、iC材料为均匀单相材料（主要为a相），工艺简单、成本低，易获得形状复杂的产品。但相对而言，烧结温度高，对设备要求也较高，而且采用常规的常压烧结法获得的碳化硅材料坯体收缩较大（15%〜20%）,难以达到完全致密（通常致密度为96%〜98%理论密度），从而导致抛光精度不高，表面存在大量的气孔缺陷［6］,通常需要进行表面改性。而且当SiC部件大型化时，常压烧结法对设备的要求较高，烧结过程需精确控制。法国的Boostec公司是目前世界上最大的采用常压烧结法制备SiC反射镜的公司，形成了一套完整的制备SiC轻质反射镜的工艺，包括反射镜坯体的烧结、加工和全SiC太空望远镜系统结构件的焊接等［2〜7］。

5、该公司制备的SiC材料致密度＞96.6%.密度为3.10~3.19g/cm3,成分为:SiC>98.5wt%、BALADIN全SiC望远镜系统［11］、ARAGO全SiC望远镜系统（主反射镜直径1000mm）［12］、SOFIA望远镜上的二级反射镜（主反射镜直径352mm）［13］以及GAIA的主反射镜（主反射镜尺寸为1400mmX500mm

6、）［14］等。日本的MitsuiZosen/Nikon和ToshibaCeramic/Canon分别制备了常压烧结SiC+CVDSiC涂层的反射镜［15］,尺寸为800mmX50mm和1000mmX140mm,表面涂覆Pt后粗糙度分别为3.1??和5.3??。日本物理化学研究所测试结果显示，这两种镜片都适用于同步辐射加速器的高热载荷、高辐射的工作状况。我国科学院上海硅酸盐研究所采用常压烧结法制备SiC反射镜取得了重要进展［16］o目前已经制备出直径520mm的SiC反射镜，经过表面镀Ag后，在可见光区域的反射率达95%以上。2.2反应烧结法反应烧结法制备SiC的研究是一个比较成熟且具有较长

7、发展历史的工艺。它是由美国Carborandum公司的P・Popper等［17］研制的。反应烧结法是目前国内外报道最多、最为常见的SiC镜坯的制备方法。按起始素坯屮是否含有SiC颗粒，可将反应烧结碳化硅分为反应结合碳化硅（reaction-bondedsiliconcarbide）和反应形成碳化硅（reaction-formedsiliconcarbide）o反应结合碳化硅工艺采用熔融的具有反应活性的Si与素坯中的C反应