SiC反射镜及其制备工艺的研究进展

　　天基遥感应用中,很希望得到可以用成本较低的小火箭发射到轨道上的轻量化仪器,以大幅度降低任务的费用。SiC陶瓷的比刚度为铍的70%~90%,且其热稳定性比超低膨胀玻璃还要好[1];致密的SiC陶瓷光散射小、在宽的电磁波范围内反射率高,能够达到可见光的衍射极限分辨率;此外,SiC无毒,抗化学腐蚀、抗氧原子和电子束冲刷及辐射能力很强,CTE、热导率及机械性能具有各向同性,且在应力下无老化和蠕变。这一系列优点使其成为大型反射镜结构基体的首选材料[223]。

　　1　SiC反射镜镜片制备工艺

　　SiC反射镜的制备一般有以下工步:坯体制备→预加工→表面致密化涂层→表面光学精加工→轻量化加工→SiC卫星反射镜片[4]。

　　1·1　SiC反射镜坯体制备

　　SiC反射镜坯体的制备的工艺方法有:有机先驱体转化法、化学气相沉积法(CVD)、热压烧结法、热等静压烧结法、反应烧结法、凝胶注模成型烧结法以及液相硅浸渍法等。其中,有机先驱体转化法制备SiC陶瓷是从有机单体出发合成高分子聚合物聚碳硅烷,通过高温裂解制备SiC陶瓷的方法[5]。化学气相沉积法制备SiC是采用气相原料三氯甲基硅烷(MTS)经热分解还原为蒸气,在一定温度的基材上沉积并伴随有化学反应的发生;采用这种方法可较为有效地获得均匀致密、高纯晶化的SiC[6]。热压烧结法即在高温下同时施加单向轴应力,可以使烧结体达到全致密(理论密度);与普通烧结相比,热压烧结由于在较低的温度下烧结,使晶粒的生长比较缓慢,所得的烧结体致密、晶粒细小,且具有较高的强度。热等静压烧结是对坯体加热的同时对其施加各向同性等静压的烧结,使陶瓷坯体能在无烧结助剂和较低的温度下烧结,烧成的陶瓷显微结构均匀,性能良好[7]。反应烧结法制备SiC,可以是以SiC粉和加少量的C粉与Si反应生成SiC;或用石油焦碳粉为原料,高温下与Si反应生成SiC。该工艺特点决定了其中会含有质量分数8%~12%的游离Si;但反应烧结法具有工艺简单、烧结时间短、烧结温度低,成本低、净尺寸成型、易制备大型复杂形状制品等优点[8211]。凝胶注模成型烧结SiC是将经过处理的烧结助剂与SiC微粉以一定比例混合并注模成型、干燥排胶后烧成SiC陶瓷[12]。液相硅浸渍是将石油焦碳粉和SiC微粉与有机结合剂混合之后成型排胶再经1 550°C与Si在反应室中进行真空烧结,最终得到SiC陶瓷[13-14]。

　　1·2　表面致密化涂层

　　对于SiC反射镜坯体来说,由于存在着一定的气孔率,远不能达到光学加工表面的要求,因此需要制备光学表面致密化涂层[15]。涂层一般采用表面CVD SiC涂层、PVD SiC涂层技术以及涂敷涂料法、溶胶2凝胶法、等离子喷涂法、埋粉包渗法和表面玻璃涂层技术等[16]。表面涂层技术的关键是要求坯体与涂层的热膨胀系数匹配,在这些涂层技术中,CVD SiC涂层、PVD SiC涂层等是比较常用的方法。