中國粉體網(wǎng)訊 大口徑望遠(yuǎn)鏡為探測宇宙天體、國土資源普查、智慧城市建設(shè)、交通設(shè)施監(jiān)測、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、公共應(yīng)急衛(wèi)生等領(lǐng)域提供了重要的信息支持。而大口徑反射鏡是大口徑望遠(yuǎn)鏡成像的核心關(guān)鍵部件，大口徑望遠(yuǎn)鏡猶如我們觀察世界的“千里眼”，而大口徑反射鏡好比是“千里眼”的“眼角膜”。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和需求的不斷提升，要求望遠(yuǎn)鏡的分辨率越來越高，這就要求望遠(yuǎn)鏡的口徑越來越大，相應(yīng)的反射鏡的口徑也越來越大，對反射鏡材料要求更高。從最初的折射式鏡頭的光學(xué)玻璃，到第一代反射式鏡片的鋁合金、銅合金，再到第二代的金屬鈹、ULE、Zerodur，這些材料在力熱性能上或多或少存在短板，后來西方發(fā)達(dá)國家把目光投向具有優(yōu)異綜合性能的碳化硅陶瓷。與傳統(tǒng)的金屬和玻璃材料相比，由于碳化硅材料具有適中的密度、較高的彈性模量、高度的尺寸穩(wěn)定性、較小的熱膨脹系數(shù)、較強的輻射穩(wěn)定性及良好的光學(xué)加工性能等一系列優(yōu)秀的物理性質(zhì)，目前已經(jīng)成為大尺寸光學(xué)反射鏡的最佳候選材料。
然而，反射鏡口徑越大，光學(xué)材料制備和光學(xué)加工的難度呈幾何級上升；當(dāng)口徑超過一定量級時，會對光學(xué)材料和光學(xué)加工均帶來巨大的挑戰(zhàn)。加工一面普通鏡子，尚可要做到平整，對于對于反射鏡而言，這一要求更是達(dá)到了極致。
碳化硅材料硬度極高，常見材料中僅次于金剛石，其磨削拋光至納米表面精度難度極大，因此需要通過采用應(yīng)力盤拋光、磁流變拋光等組合加工技術(shù)來實現(xiàn)非球面的制造精度、提升加工效率。其中，磁流變具有拋光精度高、材料去除確定性高等優(yōu)點，可實現(xiàn)近零亞表面損傷和納米級精度拋光。美國QED公司掌握了磁流變的核心技術(shù)，但公開報道中最大只做到1.8米反射鏡。之后，再無任何更大口徑的反射鏡論文發(fā)表。
4米量級高精度碳化硅非球面反射鏡
來源：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所經(jīng)過20余年的潛心研究和技術(shù)攻關(guān)，突破了大口徑輕量化碳化硅反射鏡鏡坯制備、大口徑碳化硅非球面反射鏡高效高精度加工與檢測、大口徑碳化硅非球面反射鏡改性與鍍膜等關(guān)鍵技術(shù)，建立了具有完全知識產(chǎn)權(quán)的4m量級輕量化碳化硅非球面反射鏡全鏈路集成制造系統(tǒng)，核心關(guān)鍵技術(shù)、原材料、軟件和設(shè)備完全自主可控，整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，制造完成了口徑4.03m國際上公開報道尺寸最大的碳化硅非球面反射鏡，最終面形精度達(dá)到15.2nm RMS，是我國在大口徑光學(xué)制造領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。
2024年7月9日，中國粉體網(wǎng)將在鄭州舉辦“2024高端研磨拋光材料技術(shù)大會”。屆時，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所王孝坤主任作《大口徑碳化硅反射鏡高精度制造技術(shù)》的報告，報告將對中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所潛心研究的4m量級輕量化碳化硅非球面反射鏡的創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對大口徑非球面制造技術(shù)發(fā)展趨勢和成果推廣與應(yīng)用情況進(jìn)行了評述。
專家簡介
王孝坤，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，工學(xué)博士/研究員/博導(dǎo)/主任，從事先進(jìn)光學(xué)制造與測試技術(shù)研究20余年，承擔(dān)國家及省部級項目20余項。入選長白山人才、中科院特聘核心研究員、全國光學(xué)與光子學(xué)標(biāo)委會委員、全國電子信息材料與器件專委會常務(wù)委員、中國光學(xué)工程學(xué)會先進(jìn)光學(xué)制造專委會委員、中國光學(xué)學(xué)會光學(xué)測試專委會委員、科技部/教育部/中科院/吉林省/江蘇省科技專家；擔(dān)任20余種國內(nèi)外核心期刊的編委或?qū)徃鍖＜遥l(fā)表論文100余篇，申請專利50余項。榮獲了中國科學(xué)院杰出科技成就獎、吉林省技術(shù)發(fā)明一等獎、軍隊科技進(jìn)步一等獎、吉林省專利金獎、中國專利獎和中國質(zhì)量獎等10余項獎項。
來源：中國科學(xué)報、院史天下、中國科學(xué)報
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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