中國粉體網訊 7月9日，由中國粉體網主辦的“2024高端研磨拋光材料技術大會”在河南鄭州成功召開。會議期間，我們邀請到多位專家學者、企業(yè)家代表做客“對話”欄目，圍繞高端研磨拋光材料的技術與應用現狀及發(fā)展方向進行了訪談交流。本期，我們分享的是中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員王孝坤的專訪。
中國粉體網：王研究員，您好，請問與傳統(tǒng)材料相比，碳化硅作為空間反射鏡材料具有哪些優(yōu)點？
王研究員：碳化硅材料它的優(yōu)勢是很多的，主要有兩點。第一個我們叫比剛度，什么叫比剛度呢？就是剛度比上密度，剛度越大，密度越小，它的兩個值一比，越大說明這個材料的比剛度越高。第二個是熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性的定義是什么呢？就是它的熱導率比上它的線脹系數。熱導率越大，線脹系數越小，這個材料的熱穩(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)勢非常明顯。所以我們可以說碳化硅是空間反射鏡的首選材料。
中國粉體網：王研究員，碳化硅材料在制作反射鏡的過程中存在哪些加工難點？應該怎么解決？
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，所以在加工過程中難度非常大。再一個，鏡坯燒結完以后，精度是非常粗糙的。所以我們需要采用很多加工方法，實現從毫米、微米再到納米的跨越。比如說傳統(tǒng)的數控研磨以及應力盤拋光、磁流變拋光、離子拋光等很多種加工方法。在加工過程，為了確保加工進度，每個階段還要進行檢測。檢測的難度也是非常大的，因為只有檢測得準，才能加工得準，所以我們也發(fā)明了很多檢測手段，包括子孔徑拼接、計算全息補償，這都是我們需要對檢測技術進行的攻關。
中國粉體網：王研究員，碳化硅反射鏡的精密加工技術有哪些？
王研究員：碳化硅加工技術有很多階段，每個階段都有不同的技術，銑磨階段采用銑磨機床，其實跟機械加工差不多，主要是粗加工。后面我們還需要研磨、粗拋光、精拋光，這些技術里面就分了很多種，比如CCOS（計算機控制光學表面成型技術）、應力盤拋光、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是多手段的組合加工技術。
中國粉體網：王研究員，您認為未來大口徑碳化硅反射鏡發(fā)展的技術趨勢是怎樣的？
王研究員：我覺得主要有四個方面。第一個是材料的超輕量化。我們上天發(fā)射的話，反射鏡重量每增加一克，發(fā)射就增加一克黃金的代價。所以說反射鏡要做的越來越輕，在輕量化方面我們還需要做很多工作，既要做得很輕，還要保證各項性能符合要求。
第二個是加工檢測手段方面，原來我們追求加工檢測手段標準化、自動化，現在我們要向智能化的方向發(fā)展。
第三個是多狀態(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，有時候檢測的狀態(tài)也不一致，所以我們需要攻克多狀態(tài)一致性的加工檢測技術。
剛才我們說了反射鏡受衛(wèi)星包絡的影響和加工檢測能力的限制，不可能做到無限大，地基的反射鏡現在最大的是玻璃的，能做到八米四。天上的話我們現在在突破四米。受到包絡的限制，以后我們將采用分塊拼接式加工。在地面上組裝調整好，收起來，然后發(fā)射到天上像傘一樣把它撐開。
但是這樣的話就帶來很多困難。因為反射鏡是曲面的，如果是平面的話，展開就是平坦化的。但是我們這個曲面是一個非球面，它每一點的曲率都不一樣，我們怎么保證加工過程當中的曲率一致性？我們不光要實現共焦，還要達到共相的精度，這是非常難的，還需要加強這方面的研究。
中國粉體網：王研究員，請問您團隊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：我們團隊的成果主要圍繞四個方面。第一個就是這個鏡坯材料制備方面，國際上最大口徑是一米五，我們現在制造的口徑達到了四米，是目前世界上最大的尺寸。第二個是在加工檢測方面，根據加工的各種方法，比如剛才我提到的離子束拋光、應力盤拋光，我們開發(fā)了多手段組合加工方法。在檢測技術方面，我們開發(fā)了很多檢測的技術和裝備，包括我們這個子孔徑拼接、計算全息補償等，我們叫跨尺度的多方法組合檢測技術。
第三個是鍍膜改性方面。因為這么大的反射鏡，我們需要改性鍍膜。我們采用面朝上（Face Up）的形式，對鏡體進行鍍膜。四米大的鏡子，膜層要控制在5%以內。在全波段的話，從紫外到紅外可見，平均反射率要達到95%以上還是非常困難。
第四個的話就是在這個全鏈條的制造裝備方面。從材料的加工、檢測到鍍膜，所有的裝備都是我們自己研制的，也是自主可控的。相應地，我們獲得了國家科技進步二等獎、技術發(fā)明二等獎，軍隊的、省部級的各種獎勵幾十項。
中國粉體網：感謝王研究員接受我們的采訪！
（中國粉體網編輯整理/梧桐）
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