碳化硅（SiC）在大口徑光學(xué)反射鏡上的應(yīng)用，主要得益于其高比剛度、優(yōu)異熱穩(wěn)定性和寬光譜響應(yīng)等特性，成為空間觀測(cè)、深空探測(cè)等領(lǐng)域的核心材料。以下是關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)展與技術(shù)突破：

一、材料優(yōu)勢(shì)

1. 輕量化與高剛度：碳化硅的比剛度是傳統(tǒng)玻璃的4倍，相同口徑下重量?jī)H為四分之一，適合航天器減重需求。

2. 熱穩(wěn)定性：導(dǎo)熱系數(shù)比玻璃高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，溫控難度大幅降低，適應(yīng)太空極端溫差環(huán)境。

3. 光學(xué)性能：表面鍍膜后可見光至紅外波段反射率超95%，滿足高分辨率成像需求。

傳統(tǒng)的大口徑反射鏡多用微晶或者石英玻璃，這里把碳化硅與微晶玻璃及石英玻璃的相關(guān)特性進(jìn)行了對(duì)比，通過數(shù)據(jù)可以更直觀地感受到差異，如下所示：

二、制造技術(shù)突破

1. 鏡坯制備：采用類似“做豆腐”的膠態(tài)成型工藝，將微米級(jí)碳化硅粉末制成鏡坯，支持復(fù)雜輕量化結(jié)構(gòu)，三種制備工藝路線如下圖。中國(guó)長(zhǎng)春光機(jī)所通過5次試驗(yàn)攻克4米鏡坯燒結(jié)難題，成功制備全球最大單體碳化硅鏡坯（4.03米）。

2. 精密加工：鏡坯制備完成之后，進(jìn)入光學(xué)精密加工（工藝路線如下圖）。磁流變拋光將4米反射鏡面形精度提升至15.2納米（相當(dāng)于北京五環(huán)地面平整度誤差<1毫米）。3D打印技術(shù)2024年國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)0.6米碳化硅反射鏡3D打印，解決傳統(tǒng)工藝加工誤差大、成本高的問題。

3. 鍍膜技術(shù)：首創(chuàng)長(zhǎng)方形磁控濺射鍍膜裝備，膜厚不均勻性控制在5%以內(nèi)，確保高反射率。

三、應(yīng)用實(shí)例

1.4米口徑反射鏡：全球最大碳化硅單體反射鏡，可清晰觀測(cè)地面汽車天窗細(xì)節(jié)，應(yīng)用于國(guó)家地基大型光電系統(tǒng)。

2.中國(guó)“巡天”空間望遠(yuǎn)鏡：主鏡直徑2米，采用 CVD-SiC蜂窩結(jié)構(gòu)，面形精度<15 nm RMS，重量?jī)H200 kg。

3.歐洲極大望遠(yuǎn)鏡（E-ELT）：鏡面拼接技術(shù)中，CVD-SiC用于校正鏡單元（熱膨脹系數(shù)匹配主鏡微晶玻璃）。

四、挑戰(zhàn)與趨勢(shì)

1.工藝復(fù)雜度：燒結(jié)周期長(zhǎng)（單次需5-6個(gè)月）、拋光耗時(shí)（4米鏡需64個(gè)月）。

2.未來方向：結(jié)合3D打印實(shí)現(xiàn)更大口徑（如米級(jí)）反射鏡快速制造，推動(dòng)商業(yè)化應(yīng)用。