非球面碳化硅反射镜的加工与检测

为了获得高精度非球面碳化硅(SiC)反射镜，对非球面碳化硅反射镜基底以及改性后碳化硅反射镜表面的加工与检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型（CCOS）技术及FSGJ-2非球面数控加工设备。采用轮廓检测法和零位补偿干涉检测法分别对碳化硅反射镜研磨和抛光阶段的面形精度进行了检测，并采用零位补偿干涉检测法及表面粗糙度测量仪对最终加工完毕的碳化硅反射镜的面形精度和表面粗糙度进行检测。测量结果表明：各项技术指标均满足设计要求，其中非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）为0.016λ(λ=0.6328μm），表面粗糙度（RMS值）为0.85nm。     

大口径碳化硅轻质反射镜镜坯制造技术的研究进展

比较了目前空间遥感相机中常用的四种反射镜镜体材料——ULE,Zerodur,铍(Be)和碳化硅(Sic)的各项性能。结果表明:SiC陶瓷具备比较明显的综合优势,是制备空间用反射镜的最佳候选材料。阐述了碳化硅反射镜镜坯的四种制备工艺。介绍了当前国内外碳化硅质轻型反射镜镜坯的发展情况。     

反应烧结碳化硅平面反射镜的光学加工

介绍了100mm口径反应烧结碳化硅平面反射镜的光学加工工艺流程。按照流程依次介绍了在粗磨成形、细磨抛光和精磨抛光过程中使用的机床、磨具和磨料以及采用的工艺参数和检测方法。介绍了在光学加工各个步骤中应注意的问题。展示了加工后反应烧结碳化硅平面反射镜的实物照片。给出了面形精度和表面粗糙度的检测结果:面形精度(95%孔径)均方根值(RMS)为0.030λ(λ=632.8nm),表面粗糙度RMS值达到了1.14nm(测量区域大小为603 6μmⅹ448 4μm)。     

SiC空间反射镜材料及其表面改性技术现状分析

SiC材料具有良好的物理特性和机械特性,是制备大口径空间反射镜的主要候选材料之一,而SiC反射镜的制名加工及其表面改性技术是推动高水平空间光学系统应用的重要条件.本文从实际工程应用的角度出发,分析了几种用SiC基底反射镜材料的特性,介绍了4种SiC的制备工艺.研究了目前国内外SiC基底反射镜的应用现状及其表面性情况,对改性层的性能指标、制备工艺和发展趋势进行了深入讨论.针对目前国内反射镜材料应用现状,认为加快性能SiC基底材料研发工作步伐,并找到一种利用现有大口径PVD设备低温制备优质SiC改性层的方法是今后工程用的发展方向.     

反应烧结碳化硅球面反射镜的光学加工与检测

介绍了250mm口径、4200mm曲率半径的反应烧结碳化硅球面反射镜光学加工和检测的工艺流程;并按照流程依次介绍了在研磨成型、细磨抛光和精抛光过程中使用的机床、磨具、磨料及采用的工艺参数和检测方法。介绍了在光学加工和检测各个步骤中应注意的问题。展示了加工后250mm口径反应烧结碳化硅球面反射镜的实物照片,并给出了面形精度和表面粗糙度的检测结果:面形精度(95%孔径)均方根值(RMS)为0.037波长(λ=632.8nm),表面粗糙度RMS值达到1.92nm(测量区域大小为603.6ⅹ448.4μm)。     

大口径轻质SiC反射镜的研究与应用

介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构、性能测试指标、国内应用及发展前景;阐述了碳化硅凝胶注模成型（Gel-casting）、反应烧结SiC（RB-SiC）与压力成型、常压烧结SiC（SSiC）两种国内主要制备大口径轻质碳化硅反射镜的方法;并对两种方法制备得到的ø1.45 m碳化硅镜坯的性能、测试数据及光学加工后的光学特性进行分析和比对,提出存在的问题,以供商榷,进而促进国内大口径轻质碳化硅反射镜的研究和发展。     

大口径碳化硅反射镜面PVD改性工艺的研究

 通过将多块不同尺寸的碳化硅平面试片以及一块口径为520mm碳化硅凹非球面反射镜作为镜面改性工艺技术的实验平台,对大口径碳化硅反射镜面PVD改性工艺技术进行探索、分析和研究。重点研究了前期PVD改性前镜面特性与PVD改性层的最佳匹配关系,主要是PVD改性层与镜面粗糙度和残留面形误差的要求和最佳结合点。采用的抛光方式为磨盘相对镜体做行星运动,采用相同的离子束辅助沉积法进行凹椭球面碳化硅反射镜的镜面改性。实验结果表明：通过选用合适的方案对改性后的PVD改性层镜面的面形误差进行修抛,可同时提高其镜面光洁度和粗糙度,最终测试结果为0.756　nm（Sq）,与改性前比较,粗糙度得到一定程度的提高。     

应用碳化硅表面改性技术降低全息-离子束刻蚀光栅刻槽的粗糙度

采用具有良好比刚度和热稳定性的碳化硅材料作为基底,使用全息-离子束刻蚀技术制作了光栅。碳化硅材料表面固有缺陷导致制作的光栅刻槽表面粗糙度高,槽底和槽顶粗糙度分别达到了29.6 nm和65.3 nm (R_q)。通过等离子辅助沉积技术在碳化硅表面镀制一层均匀的硅改性层,经过抛光可以获得无缺陷的超光滑表面。XRD测试表明制备的硅改性层为无定形结构。原子力显微镜的测试结果表明:经过抛光后,表面粗糙度为0.64 nm(R_q)。在此表面上制作的光栅刻槽表面粗糙度明显降低,槽底和槽顶粗糙度分别为2.96 nm和7.21 nm,相当于改性前的1/10和1/9。     

两种常用碳化硅反射镜基底表面改性的研究

利用霍尔离子源辅助电子束蒸发方法,分别在反应烧结碳化硅(RB-SiC)和常压烧结碳化硅(Sintered SiC,S-SiC)基底材料上制备了Si改性膜层,并进行了相关性能测试和分析。经过表面改性,两种基底的表面粗糙度(rms)大幅地降低,镀银后的反射率有较大地提高,基底表面光学质量已满足工程应用要求。在相同工艺条件下,S-SiC基底改性后效果好于RB-SiC基底的情况,主要是因为Si膜在两种基底表面生长情况不同所致。     

应用方位反向技术提取反射镜零重力面形

为了预估碳化硅反射镜在空间零重力环境下的面形精度,本文开展了在地面环境下利用方位反向技术提取碳化硅反射镜零重力面形的研究。首先,介绍了方位反向技术提取零重力面形的理论依据;其次,利用有限元分析软件,分析了方位反向对反射镜面形的影响;然后,按照试验流程,先后检测了反射镜在0°和180°状态的面形精度,计算两次检测数据的平均值,得到了反射镜零重力面形。结果表明:反射镜地面零重力面形误差RMS值为12.3 nm,能够满足设计指标要求。最后,对数据可信度进行了分析,确认了试验数据真实可信。该结果预示了反射镜在空间零重力环境下的面形精度,对反射镜光学加工与装调有重要的指导意义。     

RB-SiC表面改性Si涂层的制备与性能

 为了获得高质量光学表面的碳化硅反射镜,利用射频磁控溅射方法,在直径70 mm的RB-SiC基片上沉积了厚约100 μm的Si改性涂层,对改性层进行超光滑加工,并对改性层的表面形貌及性能进行了测试。ZYGO表面粗糙度仪测试结果表明,抛光后Si改性涂层表面粗糙度均方根值达到了0.496 nm;X射线衍射仪测试显示,制备Si改性涂层为多晶结构;使用拉力机做附着力测试,结果表明膜基附着力大于10.7 MPa。证明采用磁控溅射技术制备的Si改性涂层均匀、致密、附着力好,能够满足RB-SiC材料表面改性要求。     

碳化硅表面硅改性层的磁介质辅助抛光

为了实现碳化硅表面硅改性层的精密抛光,获得高质量光学表面,对磁介质辅助抛光技术进行研究。设计了适合碳化硅表面硅改性层抛光的磁介质辅助抛光工具,并对抛光工具的材料去除函数进行研究。针对材料去除函数的特性,对数控磁介质辅助抛光的驻留时间算法进行了研究。采用磁介质辅助抛光技术对碳化硅表面硅改性层平面样片进行了抛光实验。经过一次抛光迭代,碳化硅样片表面硅改性层的面形精度(均方根)由0.049λ收敛到0.015λ（λ=0.6328 μm）,表面粗糙度从2 nm改善至0.64 nm。实验结果表明基于矩阵代数的驻留时间算法有效,磁介质辅助抛光适合碳化硅表面硅改性层加工。     

Diffusion in porous silicon carbide

By the example of vanadium and erbium diffusion in porous silicon carbide, the semiconductor porous structure modification during thermal annealing has been simulated and the effect of this modification on impurity diffusion has been considered. A comparison of calculated and experimental profiles of the erbium and vanadium distributions in porous silicon carbide shows that the consideration of porous structure modification due to vacancy redistribution makes it possible to adequately describe diffusion in the porous semiconductor.     

碳化硅指向反射镜轴的高精度镶接技术研究

碳化硅具有优异的热学性能和机械性能,是高性能空间光学应用中的优选材料。但由于它的硬度很高,使得碳化硅反射镜的高精度加工和装配变得很困难。为了提高碳化硅反射镜与两个镜轴固接后的位置精度,采用了结合衬套修正的偏心轴补偿镶接方案。结果表明,这种方法可以将镶接完成后的两个镜轴的同轴度误差降低到0.005mm。由于在镶接过程中仅需要通用的加工设备和工装夹具,因此可以在保证良好经济性的前提下提高碳化硅反射镜的装配精度。     

Analysis of Anionic Polymer Dispersant Behavior in Dense Silicon Nitride and Carbide Suspensions Using an AFM

The paper focuses on the interaction mechanism caused by anionic polymer dispersants in dense silicon nitride and silicon carbide suspensions. An atomic force microscope (AFM) was used to determine the relationship between the macroscopic suspension viscosity and the microscopic structure adsorbing of a polymer dispersant at the solid/liquid interface. The surface interactions within the suspensions were analyzed under various dispersant pH values and additive conditions. The addition of an anionic polymer dispersant decreased the viscosity of silicon nitride and silicon carbide suspension and increased the electrosteric repulsive force on the non-oxide surface in solution at pH > 6, which was the isoelectric point of the materials. Based on the above results, we estimated the adsorption mechanism of anionic polymer dispersants on each solid surface in solution under relatively high pH conditions.     

光声谱研究多孔碳化硅的能带特性

报道了用UV光照射和不用UV光照射条件下形成的p型α PSC以及原始SiC的光声光谱（PAS）.从光声Rosenwaig Gersho理论出发，计算出多孔SiC的吸收系数与能量的关系，得到多孔SiC的能隙低于原始SiC的能隙，并深入分析了能隙的变化原因，同时，对吸收边附近的吸收情况进行了讨论. 关键词： 光声光谱 多孔碳化硅 能隙     

X‐ray absorption near‐edge structure anomalous behaviour in structures with buried layers containing silicon nanocrystals

Substructure and phase composition of silicon suboxide films containing silicon nanocrystals and implanted with carbon have been investigated by means of the X‐ray absorption near‐edge structure technique with the use of synchrotron radiation. It is shown that formation of silicon nanocrystals in the films' depth (more than 60 nm) and their following transformation into silicon carbide nanocrystals leads to abnormal behaviour of the X‐ray absorption spectra in the elementary silicon absorption‐edge energy region (100–104 eV) or in the silicon oxide absorption‐edge energy region (104–110 eV). This abnormal behaviour is connected to X‐ray elastic backscattering on silicon or silicon carbide nanocrystals located in the silicon oxide films depth.