為了在太空領域達到預期的經濟效益和軍事目的，需要提高空間探測器的地面分辨率以及在紫外到長波紅外寬波段范圍內工作，只有采用反射式光學系統才能滿足要求。反射鏡是反射式光學系統的關鍵部件，它不僅要滿足光學應用要求，而且還要求質量輕，基于對空間惡劣環境的考慮，輕質反射鏡的鏡體材料應具備以下特點：比剛度大、熱變形系數小、表面粗糙度小、尺寸穩定性好、抗輻照性好、易進行光學加工、易鍍膜、熱性能及力學性能各向同性、成本盡可能低等。 其中，碳化硅材料以其優異的物理性能和良好的工藝性能，正逐漸成為最具發展前途的新型輕質反射鏡材料。

圖一 碳化硅反射鏡

一、SiC 基底反射鏡應用現狀

1、國際情況

SiC基底反射鏡的研究至今已有近40年的歷史，自20世紀90年代以來發展迅速，各國均將其視為目前最為合適的空間反射鏡材料，研究成果也頗為顯著。歐洲航天局(European Space Agency，ESA)的Aladin主鏡為口徑1. 5 m的SiC反射鏡，通過化學氣相沉積(CVD)改性并拋光后，其平均表面粗糙度為4. 8 nm。同為ESA的Herschel太空望遠鏡是目前世界上最大的空間望遠鏡，其主鏡采用拼接技術，將12塊扇形SiC焊接成為一個整體，制成直徑為3. 5 m的主反射鏡。焊接處使用Si合金，焊接處厚度通常小于0. 05 mm。加工后的Herschel主鏡表面粗糙度Ra值小于6 nm。

在美國，作為哈勃繼任者的新一代太空望遠鏡JWST望遠鏡，第二代 Hopkins紫外望遠鏡等空間項目，以及美國國家彈道導彈防御系統(NMD)中，SiC 及其復合材料均得到了大量的的應用，同時，Eastman Kodak、POCO等公司已經實現了SiC材料反射鏡的商品化。

2、國內情況

在我國，對于SiC材料及其復合材料的光學應用起步較晚，目前雖然在材料制備方面已基本做到與世界同步的水平，但在加工上仍處于相對落后的階段。目前，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所、中國科學院上海硅酸鹽研究所、哈爾濱工業大學以及國防科技大學等單位，都在進行 SiC 反射鏡應用技術的研制與開發，經過近年來的不斷研究與改進，已取得了較為豐碩的成果。近年來，由我國自主研制的多塊SiC反射鏡已成功應用于實際的空間光學系統中，均取得預期效果。

二、碳化硅反射鏡制備工藝

20世紀80年代開始, 世界上許多國家的研究者開始分別采用各自的方法試圖制作碳化硅反射鏡,方法多種多樣, 但歸納后不難發現, 這些方法不外乎三類:反應燒結法、化學氣相沉積法和熱壓(或熱等靜壓)法。

1、反應燒結法

反應燒結是一種最為常見的反射鏡制備工藝,這種工藝采用具有反應活性的液態硅浸滲含碳的反射鏡預制體, 硅與碳反應生成的新碳化硅原位地結合預制體中原有的碳化硅顆粒，并填充預制體中剩余的孔隙,最后得到近乎完全致密的反射鏡毛坯。

2、化學氣相沉積法

化學氣相沉積法是在溫度為1275℃～1350℃的反應容器內，通入一種氣體或幾種氣體的混合氣，在石墨或其它物質的基片上得到碳化硅的沉積層。

3、熱壓(或熱等靜壓)法

熱壓(或熱等靜壓)燒結的主要工藝步驟：把微米級的碳化硅粉和助燒劑以及阻止晶粒過分長大的添加劑混合后預壓成預制體，然后將這種預制體用合適的封裝材料封裝后放入壓力腔中，在合適的溫度-壓力-時間制度下進行燒結。

隨著世界各國航空航天事業及軍事方面的飛速發展，SiC 基底反射鏡的應用已經越來越廣泛。目前，我國現有的表面改性SiC基底反射鏡的加工技術受限于加工經驗、加工設備等各方面的因素，且尚處于起步階段，與國際領先水平仍存在明顯差距，但各研究機構通過多年的努力已取得十分明顯的進步。為使我國在國際競爭中處于領先位置，根據國內現有研究條件，只有進一步改進并完善現有加工工藝，以計算機控制光學成型技術為基礎，根據不同加工需求配合多種不同種類的拋光技術，即以組合式拋光技術進行光學加工，以實現目標精度要求，更好地適應我國航空航天事業發展的需求。

作者：谷雨