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.     

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。     

空间反射镜基底材料碳化硅表面改性研究

直接抛光后的SiC反射镜表面光学散射仍较大,无法满足高质量空间光学系统的心用需求.为此必须对SiC反射镜进行表而改性,以获得高质量的光学表面.目前国际上较为流行的足制备Si或SiC改性层进行表面改性.分别采用离子辅助电子束蒸发方法制备Si和SiC改性层进行改性,相关测试结果表明:Si改性层结构为立方相,改性后基底表面粗糙度(rms)降到0.620 nm,散射系数减小到1.52%;SiC改性层结构为非晶相,改性后基底表面粗糙度(rms)降到0.743 nm,散射系数减小到2.79%.两种改性层均与基底结合牢固,温度稳定性较高.从可靠性方面考虑,目前在国内第一种方法更适于实际工程应用.该工艺改性后SiC基底表面散射损耗大大降低,表面质量得到明显改善.镀Ag后表面反射率接近于抛光良好的微晶玻璃的水平,已能够满足高质量空间光学系统的应用需要.     

空间用SiC反射镜表面改性的性能和可靠性评估

根据空间应用项目需求,采用等离子辅助电子束蒸发方法对RB-SiC基底进行了表面改性,并对表面改性的性能和可靠性进行了相关评估.经测试,改性后RB-SiC基底表面粗糙度(rms)降低到0.632 nm;散射系数降低到2.81%,500～1 000 nm范围的平均反射率提高到97.05%,已经接近于抛光良好的微晶玻璃的水平;改性涂层温度稳定性高,与基底结合牢固;加工后,面形精度达到0.119λ(PV)和0.014λ(rms),λ=632.8 nm.评估结果表明,这种SiC基底表面改性的工艺是可靠的,其光学性能满足空间高质量光学系统的要求,适宜空间环境应用.