轻型高强Al-Si∕SiC复合材料反射镜的制备与性能.pdf

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1、第35卷第5期航天返回与遥感2014年10月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING25轻型高强Al-Si/SiC复合材料反射镜的制备与性能苑永涛吴海鹰刘红方敬忠(中国科学院光电技术研究所,成都610209)摘要文章采用反应烧结工艺制备Si/SiC材料,然后通过真空扩散渗铝工艺制备了Al-Si/SiC复合材料。通过精确调控浸渗合金的铝浓度使制备的Al-Si/SiC复合材料具有可控的热膨胀系数,利用该工–6–1–6–1艺制备出热膨胀系数连续可调(4.6×10K~8.7×10K,0~40℃)的Al-Si/SiC复

2、合材料,其力学性能31/2优异,经检测密度为2.86g/cm,弹性模量为236GPa,断裂韧性为6.1MPa·m,可采用线切割、铣磨、钻孔、攻丝等手段加工,相比SiC陶瓷材料更易于高精度机械加工。扫描电子显微镜分析表明,制备的Al-Si/SiC复合材料均匀、致密,光学抛光后表面粗糙度均方根值达到1.017nm。各项测试数据表明,Al-Si/SiC复合材料作为反射镜可以满足空间光学的应用。关键词Al-Si/SiC复合材料真空扩散渗铝热膨胀系数表面粗糙度中图分类号:O484文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)05-00

3、25-06DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.05.004PreparationandPerformanceofLightweightHigh-strengthAl-Si/SiCCompositeMirrorYUANYongtaoWUHaiyingLIUHongFANGJingzhong(InstituteofOpticsandElectronics,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610209,China)AbstractSi/SiCcompositesareprep

4、aredbyreactionsintering,andthenAl-Si/SiCcompositematerialsareproducedwiththepressurelessinfiltrationfabricationtechnologyusingtheSi/SiCcomposites.TheAl-Si/SiCcompositeswhichhavecontinuouslyadjustablecoefficientofthermalexpansion(CTE)–6–1–6–1(4.6×10K~8.7×10K,0~40℃)arepr

5、ovidedthroughprecisecontrolofAlvolumefractionintheAl-Si3alloy.ResultsshowthatAl-Si/SiCcompositespossesslowdensity(2.86g/cm),highelasticmodulus(236GPa)1/2andfracturetoughness(6.1MPa·m).ComparedwithSiCceramics,theAl-Si/SiCcompositesareeasiertowirecutting,milling,drilling

6、andthreading.Scanningelectronmicroscopyobservationdisplaysthatthecompositesarehomogeneousanddensewithoutporosity.Theirsurfaceroughnessreach1.017nm(RMS).ResultsindicatethatAl-Si/SiCcompositesasthemirrormaterialcanmeetthespaceopticsapplication.KeywordsAl-Si/SiCcomposites

7、;vacuumdiffuseinfiltration;coefficientofthermalexpansion;surfaceroughness0引言[1-2]随着空间光学技术的发展,光学系统对反射镜及其支撑结构提出了更为苛刻的要求。传统金属结构材料如Al合金、Ti合金、殷钢等,难以满足航空航天系统对材料的综合要求,选用比刚度和热稳定[3-4]性更好的材料是解决空间光学系统应用问题的途径之一。Al/SiC复合材料具有可调的机械和热匹配性收稿日期:2014-01-0326航天返回与遥感2014年第35卷能、设计自由度大、能适应严酷的

8、空间环境等特性,因此,Al/SiC复合材料在航空航天系统中的应用日[5]益广泛。目前美国、俄罗斯和日本在Al/SiC复合材料的研制应用方面处于领先的地位,其中美国已经将Al/SiC复合材料应用在航空航天领域,不仅用作高性能电子封装材料

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