康 健，宣 斌，謝京江*

（1.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所光學系統(tǒng)先進制造技術(shù)重點實驗室，吉林長春130033；2.中國科學院大學，北京100049）

表面改性碳化硅基底反射鏡加工技術(shù)現(xiàn)狀

康 健1，2，宣 斌1，謝京江1*

（1.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所光學系統(tǒng)先進制造技術(shù)重點實驗室，吉林長春130033；2.中國科學院大學，北京100049）

針對表面改性SiC基底反射鏡在空間光學系統(tǒng)中的應(yīng)用，總結(jié)了該類反射鏡在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。概括了碳化硅基底反射鏡的發(fā)展趨勢。介紹了常用的碳化硅材料，分析了它們的性質(zhì)。給出了幾種常用的碳化硅鏡坯制備工藝，包括成型、改性和不同的拋光技術(shù)。通過對國內(nèi)現(xiàn)有加工工藝和改性技術(shù)的分析，總結(jié)出了適應(yīng)我國的表面改性碳化硅反射鏡加工的發(fā)展方向。

光學加工；碳化硅；碳化硅反射鏡；表面改性

1 引 言

隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，世界各國對于空間光學系統(tǒng)的分辨率提出了越來越高的要求?？臻g反射鏡的材料不斷進步，相應(yīng)的加工技術(shù)也隨之得到了較快的發(fā)展。20世紀的空間反射鏡主要采用微晶玻璃，熔石英等低膨脹系數(shù)的光學玻璃，其特點是具有良好的拋光性，可加工成很好的光學表面。但其自身強度較低，抗熱變形能力較差，同時難于進行輕量化處理，自身重量較大，大尺寸空間反射鏡的制造難度很大。擺鏡等空間反射鏡多采用金屬材料制成，主要使用鋁和鈹以及其合金材料。鋁及其合金材料具有抗變形能力差的特點，而鈹及其合金則含有劇毒，對加工者身體損傷巨大，且價格較為昂貴。所以金屬材料已不適用于現(xiàn)代的空間反射鏡加工材料。自20世紀70年代開始，新一代的反射鏡材料碳化硅（Silicon Carbide，SiC）和SiC基復(fù)合材料已開始應(yīng)用于國外的空間反射鏡加工中。SiC和SiC基復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、比剛度大、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性能良好等特點，完全滿足空間反射鏡對材料的物理性能、光學性能和工藝性能的要求。近年來，我國對于SiC材料的反射鏡研究也取得了很大的進步，從材料的制備到光學加工等方面均有不同程度的提高，由我國自主研發(fā)的各類型表面改性SiC基底反射鏡已逐步應(yīng)用于空間光學系統(tǒng)中［1-11］。

伴隨著材料的更新?lián)Q代，加工技術(shù)也必須適應(yīng)新的材料而做出改進。受SiC基底制備技術(shù)的限制，基底中通常含有Si和SiC兩相成分，或存在細微孔洞，這些都導(dǎo)致其無法通過直接加工獲得低表面粗糙度的光學鏡面［11-12］。以往的加工經(jīng)驗通常認為SiC基底反射鏡在初拋光至λ/10（RMS值）后需對其進行表面改性處理，以解決上述問題。繼續(xù)對改性后的SiC鏡體進行拋光，可獲得較高質(zhì)量的光學表面和較低的表面粗糙度。目前，SiC基底反射鏡的加工技術(shù)較為多樣化，但總體來說主要分為古典拋光法、計算機控制光學成型法、磁流變拋光法和離子束拋光法。

本文將近年來國內(nèi)外SiC基底反射鏡的發(fā)展情況進行了系統(tǒng)性的總結(jié)，就我國SiC反射鏡的加工技術(shù)進行了分析。

2 SiC基底反射鏡應(yīng)用現(xiàn)狀

圖1 ESA Herschel主鏡Fig.1 ESA Herschel primarymirror

近年來，世界各國均將SiC基底反射鏡作為研究重點。由于我國相關(guān)的研究起步較晚，目前仍處于相對落后的狀態(tài)。

2.1 國際情況

SiC基底反射鏡的研究至今已有近40年的歷史，自20世紀90年代以來發(fā)展迅速，各國均將其視為目前最為合適的空間反射鏡材料，研究成果也頗為顯著。

歐洲航天局（European Space Agency，ESA）的Aladin主鏡為口徑1.5 m的SiC反射鏡，通過化學氣相沉積（CVD）改性并拋光后，其平均表面粗糙度為4.8 nm（RMS），總積分散射（Total Integrated Scattering，TIS）為（3.2±0.4）%@355 nm。同為ESA的Herschel太空望遠鏡是目前世界上最大的空間望遠鏡，其主鏡采用拼接技術(shù)，將12塊扇形SiC焊接成為一個整體，制成直徑為3.5 m的主反射鏡（如圖1）。焊接處使用Si合金，焊接處厚度通常小于0.05 mm。加工后的Herschel主鏡表面粗糙度Ra值小于6 nm［13］。

在美國，作為哈勃（Hubble）繼任者的新一代太空望遠鏡JWST望遠鏡，第二代Hopkins紫外望遠鏡等空間項目，以及美國國家彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)（NMD）中，SiC及其復(fù)合材料均得到了大量的的應(yīng)用［14-15］，同時，Eastman Kodak、POCO等公司已經(jīng)實現(xiàn)了SiC材料反射鏡的商品化［9］。

2.2 國內(nèi)情況

在我國，對于SiC材料及其復(fù)合材料的光學應(yīng)用起步較晚，目前雖然在材料制備方面已基本做到與世界同步的水平，但在加工上仍處于相對落后的階段。目前，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所、中國科學院上海硅酸鹽研究所、哈爾濱工業(yè)大學以及國防科技大學等單位，都在進行SiC反射鏡應(yīng)用技術(shù)的研制與開發(fā)，經(jīng)過近年來的不斷研究與改進，已取得了較為豐碩的成果。近年來，由我國自主研制的多塊SiC反射鏡已成功應(yīng)用于實際的空間光學系統(tǒng)中，均取得預(yù)期效果。

3 SiC材料的性質(zhì)及常用種類

作為目前空間反射鏡的首選材料，SiC及SiC基復(fù)合材料具有良好的機械性能與物理性能，相比其它材料優(yōu)勢明顯。同時，根據(jù)不同的制備工藝，制造的SiC鏡坯也存在較大差異。

3.1 SiC材料的性質(zhì)

作為新型的空間光學反射鏡材料，需要其具有比剛度大、導(dǎo)熱性能好、熱膨脹系數(shù)低等特點，同時材料密度要小，并可進行輕量化處理，降低鏡體重量，還要具有較好的強度和硬度［16-17］。只有滿足上述各項需求，才能適應(yīng)復(fù)雜的太空環(huán)境對于鏡面的沖擊。各種材料的物理性質(zhì)對比如表1。

表1 SiC和傳統(tǒng)反射鏡材料的物理性質(zhì)對比Tab.1 Com parison of SiC and traditionalm irror materials

由表1可知，SiC材料相比于其他各種空間反射鏡的備選材料，其各項性能的優(yōu)勢較為明顯，可較好地滿足目前空間光學反射鏡的使用要求，同時輕量化處理程度較高，雖然密度較大但反射鏡重量卻最低，可極大降低光學系統(tǒng)的整體質(zhì)量，節(jié)約發(fā)射成本。如今已成為空間反射鏡加工的首選材料。

3.2 常用的SiC種類

根據(jù)SiC制備工藝的不同，常用的SiC反射鏡坯主要分為熱壓燒結(jié)SiC（HP-SiC）、反應(yīng)燒結(jié)SiC（RB-SiC）、無壓燒結(jié)SiC（Sintered SiC，S-SiC）和化學氣相沉積SiC（CVD-SiC）。以目前的工藝手段，HP-SiC很難制成形狀較為復(fù)雜的反射鏡鏡坯，且鏡坯尺寸較小，較難滿足現(xiàn)階段空間光學反射鏡大口徑化的趨勢；S-SiC制備工藝復(fù)雜，制造設(shè)備昂貴；CVD-SiC同樣存在造價昂貴，制備周期長，制備工藝相對復(fù)雜等不足。RB-SiC的制備工藝相對簡單，反應(yīng)燒結(jié)所需溫度較低，制備周期短，造價相對較低，并可對其進行有效的輕量化處理，有利于制備大口徑、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間反射鏡鏡坯，已廣泛應(yīng)用于我國現(xiàn)階段空間反射鏡的實驗與加工中［18-23］。表2給出了常用SiC各項技術(shù)指標對比。

表2 常用SiC技術(shù)指標對比Tab.2 Specifications of the commonly used SiC

4 SiC基底反射鏡加工技術(shù)分析

目前，世界各國對于SiC基底反射鏡的加工流程已相對成熟。在我國，有關(guān)SiC反射鏡的加工技術(shù)在經(jīng)過多年的研究和摸索后，已逐漸形成了一些較為完善的加工工藝，雖各有不同，但基本可分為成型（銑磨加工及粗拋光）、改性和拋光等幾個階段（如圖2）。

圖2 表面改性SiC反射鏡加工工藝流程Fig.2 Processing flow ofmanufacture of SiCmirror

4.1 成 型

SiC反射鏡鏡坯制造完成后，由于其面形偏差較大且具有較大的加工余量，首先要做的是零件的銑磨成型。對于非球面零件，通常的加工方式有兩種，一種是將鏡坯銑磨至比較半徑的球面，再通過研磨修改為所需的非球面；另一種是通過數(shù)控加工中心直接將鏡坯銑磨至要求的非球面。前者對于加工者的要求較高，在研磨及拋光階段需要加工者根據(jù)經(jīng)驗將零件修整成所需的非球面，后者對于設(shè)備的精度要求更高，因此相對成本也高于前者。

無論應(yīng)用上述哪種方法將鏡坯銑磨成型后，都需要對SiC反射鏡鏡坯進行粗拋光加工。首先使用粒度較大的SiC粉或碳化硼粉進行粗磨。SiC粉價格便宜，但由于其硬度較低，加工效率不高；碳化硼粉相對價格較高，但其硬度較高，可提高加工效率，通常采用碳化硼粉對SiC反射鏡進行粗磨。粗磨后的SiC反射鏡表面面形精度應(yīng)小于20μm（RMS值）［24］。粗磨后選用粒度較小的碳化硼粉或金剛石微粉對零件進行細磨。由于碳化硼的價格遠低于金剛石微粉，且加工效率近似，因此細磨階段多采用碳化硼粉作為研磨材料。細磨后的SiC反射鏡表面精度應(yīng)小于1μm（RMS值），此后就可以對SiC反射鏡進行粗拋光加工。對于非球面反射鏡，若成型階段采用的是第一種加工方式，則需在粗磨及細磨的階段對鏡面進行非球面的修整，以獲得要求的非球面面形。

粗拋光階段通常采用粒度適中的金剛石微粉進行拋光。根據(jù)多年的實驗及實際加工經(jīng)驗，通常認為將反射鏡基底拋光至λ/10（RMS）左右后需對其進行改性處理。

4.2 改 性

目前我國應(yīng)用于實際工程的SiC反射鏡的基底材料主要為RB-SiC和S-SiC兩種。由于制備工藝的原因，RB-SiC中含有Si和SiC兩相成分，這就導(dǎo)致了在拋光時兩種成分的去除效率存在差異，容易在兩相成分的連接處產(chǎn)生臺階效應(yīng)。SSiC雖然成分單一，但實際加工成的反射鏡鏡坯仍難以做到理論上的完全致密，鏡坯表面及內(nèi)部仍存在大量孔洞。這就需要對粗拋光后的SiC反射鏡基底進行改性處理［25-28］。實踐證明，改性處理可以有效地填補鏡坯表面的細微孔洞，解決由于基底含有Si及SiC兩相成分對鏡面拋光所帶來的不利影響，降低鏡坯的表面粗糙度，使其能夠加工成更為理想的光學表面（如圖3）。

圖3 改性前后SiC測試片表面照片對比（500倍顯微鏡）Fig.3 Microstructures of a SiC sample before and after modifications（500×）

目前國際上主要采用化學氣相沉積法（Chemical Vaporous Deposition，CVD）和物理氣相沉積法（Physical Vaporous Deposition，PVD）兩種改性方法對SiC基底反射鏡進行表面改性處理。CVD改性處理雖然可以使SiC基底獲得很好的改性層，但是由于CVD改性技術(shù)在改性過程中要求溫度較高（通常在于1 000℃），易使SiC基底產(chǎn)生應(yīng)力，造成基底面形改變，同時在制備過程中會產(chǎn)生廢氣，需對廢氣進行處理，在一定程度上增加了加工成本。另外，我國目前尚不具備用于制備大口徑基底的CVD改性設(shè)備。因此CVD改性技術(shù)更適用于相對較小口徑的SiC基底反射鏡的改性處理。PVD改性技術(shù)不僅不需要很高的溫度，同時通過PVD改性技術(shù)獲得的改性層為單質(zhì)Si，既解決了基底中因含有SiC和Si兩相成分對加工所帶來的影響，且Si相對于SiC的硬度較低，更容易通過加工獲得良好的光學表面［29-36］。目前，我國用于制備大口徑SiC基底的PVD改性設(shè)備相對成熟可靠。在國內(nèi)，多家研究單位均對SiC基底反射鏡的改性技術(shù)做了深入研究。其中，哈爾濱工業(yè)大學使用CVD改性技術(shù)對φ 250 mm反射鏡表面進行改性處理，經(jīng)拋光后基底表面粗糙度Ra達到了1.478 nm［37］；中國科學院長春光學精密機械與物理研究所已經(jīng)成功地運用PVD改性技術(shù)對一系列的大口徑SiC反射鏡進行了改性處理，改性效果良好。經(jīng)加工后鏡面的表面粗糙度Ra達到小于0.6 nm的水平［38］。

4.3 拋 光

為使SiC反射鏡的面形精度達到設(shè)計要求，獲得理想的光學表面，經(jīng)改性處理后的SiC反射鏡需要進行精拋光加工［39］。目前常用的拋光包括古典拋光、計算機控制光學成型法、磁流變拋光以及離子束拋光。

4.3.1 古典拋光

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，眾多的新型拋光法不斷涌現(xiàn)，但古典拋光法仍然在各國的光學拋光中占據(jù)重要地位，原因在于其具有較低的加工成本和較高的面形加工精度。古典拋光法中最重要的就是對于拋光模的硬度、拋光粉粒度、拋光液濃度等的選擇，同時要求加工者熟練地控制主軸轉(zhuǎn)速、擺架速度等加工參數(shù)?？梢哉f，古典拋光法對于加工者的經(jīng)驗有較高的要求，同時針對口徑較大，精度較高的元件的加工周期較長。因此，古典拋光法更適用于平面元件和中小口徑的球面反射鏡拋光。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的李俊峰等人利用基于古典拋光技術(shù)的雙擺動拋光技術(shù)成功加工了多塊SiC非球面反射鏡，面形精度可穩(wěn)定達到λ/30（RMS，@633 nm）［40］。

4.3.2 計算機控制光學成型法

計算機控制光學成型法（小磨頭技術(shù)）是一種基于計算機控制，使拋光盤以特定的速度和路徑在光學元件表面運動，通過計算控制拋光盤在不同區(qū)域的駐留時間，使光學元件表面各部分的去除量得到精確控制，從而獲得理想光學表面的數(shù)控拋光技術(shù)［41］。實際上，計算機控制光學成型法是將不同的去除量轉(zhuǎn)換為拋光盤在不同位置的駐留時間或拋光速度來實現(xiàn)對于面形的控制。計算機控制光學成型法適用于大口徑非球面反射鏡的加工，同時為了提高加工效率，可采用大直徑與小直徑拋光盤相結(jié)合的方式進行組合式拋光。利用大直徑的拋光盤消除鏡面的中頻誤差，通過小直徑的拋光盤來修整低頻誤差。同時配以手工拋光，可使零件在相對較短的時間內(nèi)獲得理想的面形精度。以美國國家點火裝置（National Ignition Facility，NIF）的大口徑光學零件為例，波長介于0.12～33 mm為中頻誤差，主要對焦斑的拖尾和近場調(diào)制產(chǎn)生影響；波長大于33 mm為低頻面形誤差，主要影響反射鏡的聚焦性能［42-44］。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的張峰等人利用計算機控制光學成型技術(shù)加工650 mm× 200 mm的SiC離軸反射鏡一塊，面形精度為0.023λ（RMS，@633 nm），表面粗糙度優(yōu)于1 nm［45］，非球面數(shù)控加工設(shè)備如圖4所示。

圖4 非球面數(shù)控加工設(shè)備Fig.4 Computer controlled machine for aspheric surface

4.3.3 磁流變拋光

磁流變拋光技術(shù)是利用磁性流體對光學鏡面進行拋光的一種較為新型的拋光技術(shù)。其主要原理是將磁流變拋光液通過拋光盤循環(huán)地帶入零件與拋光盤之間，而磁流變拋光液會在磁場的作用下形成柔性拋光模，從而在其運動過程中對零件的表面材料產(chǎn)生去除作用［46］。圖5給出了磁流變拋光系統(tǒng)的控制原理示意圖。

圖5 磁流變液循環(huán)控制系統(tǒng)原理圖Fig.5 Schematic diagram of the magnetic rheological polishing

自20世紀70年代日本學者首次通過磁流變技術(shù)對光學元件表面進行研磨實驗后，越來越多的人通過各種不同的方法將磁場輔助技術(shù)應(yīng)用于光學拋光中。在我國，西安工業(yè)大學的王芳杰等人通過磁流變技術(shù)將初加工后未經(jīng)研磨的SiC元件直接進行磁流變拋光，表面粗糙度Ra達到了0.52 nm［47］，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的張峰等人通過磁介質(zhì)輔助拋光技術(shù)將SiC元件的面形誤差修正至0.015λ，表面粗糙度Ra達到0.64 nm。以上實驗均證明了磁流變拋光技術(shù)適用于SiC元件的拋光加工［48］。

4.3.4 離子束拋光

圖6 離子束拋光設(shè)備Fig.6 Ion beam polishing equipment

離子束拋光技術(shù)是一種通過離子源發(fā)射離子束轟擊光學零件表面產(chǎn)生物理濺射效應(yīng)去除面形誤差的新型拋光技術(shù)，近年來已逐漸應(yīng)用于大口徑光學元件的加工。離子束拋光技術(shù)的加工效率較高，加工精度要求在λ/10至λ/30的φ70 mm的球面零件僅需不到1 h。但同時，高昂的設(shè)備費用使得離子束拋光技術(shù)并不能得到廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)僅有國防科技大學，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所等幾家單位開展了相關(guān)的實驗及加工工作。國防科技大學的廖文林等人使用離子束拋光技術(shù)對125 mm×200 mm的SiC離軸反射鏡進行加工，全口徑RMS值達到0.046λ［49］，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的張峰應(yīng)用離子束拋光技術(shù)對600 mm× 200 mm的空間相機表面改性SiC平面反射鏡進行拋光，最終面形精度達到0.014λ（RMS值），表面粗糙度達到0.71 nm（RMS值）［50］。

5 結(jié)束語

隨著世界各國航空航天事業(yè)及軍事方面的飛速發(fā)展，SiC基底反射鏡的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。目前，我國現(xiàn)有的表面改性SiC基底反射鏡的加工技術(shù)受限于加工經(jīng)驗、加工設(shè)備等各方面的因素，且尚處于起步階段，與國際領(lǐng)先水平仍存在明顯差距，但各研究機構(gòu)通過多年的努力已取得十分明顯的進步。為使我國在國際競爭中處于領(lǐng)先位置，根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有研究條件，只有進一步改進并完善現(xiàn)有加工工藝，以計算機控制光學成型技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同加工需求配合多種不同種類的拋光技術(shù)，即以組合式拋光技術(shù)進行光學加工，以實現(xiàn)目標精度要求，更好地適應(yīng)我國航空航天事業(yè)發(fā)展的需求。

［1］ EALEY M A，WEAVER Q.Development history and trends for reaction bonded silicon carbidemirrors［J］.SPIE，1996，2856：66-72.

［2］ 范鏑.碳化硅光學表面拋光機理研究［J］.激光與光電子學進展，2012，49（022202）：022202-1-022202-4. FAN D.Study on the polishing mechanism of Silicon Carbide optical surface［J］.Laser and Optoelectronics Progress，2012，49（022202）：022202-1-022202-4.（in Chinese）

［3］ 韓杰才，張宇民，赫曉東.大尺寸輕型SiC光學反射鏡研究進展［J］.宇航學報，2001，22（6）：124-132. HAN JC，ZHANG Y M，HE X D.Optical large scale lightweight SiCmirrors［J］.J.Astronautics，2001，22（6）：124-132.（in Chinese）

［4］ 張長瑞，周新貴，曹英斌，等.SiC及其復(fù)合材料輕型反射鏡的研究進展［J］.航天返回與遙感，2003，24（2）：14-19. ZHANG CH R，ZHOU X G，CAO Y B，etal..The developmentof light-weight opticsmade of SiC and SiCmatrix composites［J］.Spacecraft Recovery and Remote Sensing，2003，24（2）：14-19.（in Chinese）

［5］ 楊秉新.空間相機用碳化硅（SiC）反射鏡的研究［J］.航天返回與遙感，2003，24（1）：15-18. YANG B X.Research of SiC reflection mirror for space camera［J］.Spacecraft Recovery and Remote Sensing，2003，24（1）：15-18.（in Chinese）

［6］ TOBIN E，MAGIDA M，KISHNER S，etal..Design，fabrication and testofameter-class reaction bonded SiCmirror blank［J］.SPIE，1995，2543：12-21.

［7］ 張玉娣，周新貴，張長瑞.Cf/SiC陶瓷基符合材料的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.材料工程，2005（4）：60-63. ZHANG Y D，ZHOU X G，ZHANG CH R.Developmentand application of Cf/SiC ceramicmatrix composites［J］.Material Eng.，2005（4）：60-63.（in Chinese）

［8］ ZHANG JH，ZHANG Y M，HAN JC，et al..Design and fabrication of large-scale lightweight SiC space mirror［J］. SPIE，2006，6148：61480U1-61480U6.

［9］ ZHOU H，ZHANG CH R，CAO Y B，et al..Lightweight C/SiC mirrors for space application［J］.SPIE，2006，6148：61480L1-61480L6.

［10］ 高勁松，申振峰，王笑夷，等.SiC空間反射鏡材料及其表面改性技術(shù)現(xiàn)狀分析［J］.中國光學與應(yīng)用光學，2009，2（2）：71-78. GAO JS，SHEN ZH F，WANG X Y，etal..Research status of SiC spacemirrormaterial and its surfacemodification［J］. Chinese J.Opt.Appl.Opt.，2009，2（2）：71-78.（in Chinese）

［11］ 申振峰，高勁松，陳紅，等.兩種常用碳化硅反射鏡基底表面改性的研究［J］.光學技術(shù)，2009，35（1）：21-24. SHEN ZH F，GAO JS，CHEN H，et al..Research of the surfacemodification for two kinds of silicon carbide mirror in common use［J］.Optical Technique，2009，35（1）：21-24.（in Chinese）

［12］ BOUGOINM，LAVENAC J.From HERSCHEL to GAIA，3-meter class SiC space optics［J］.SPIE，2011，8126：81260V-1-81260-10.

［13］ SUGANUMA M，KATAYAMA H，NAITOH M，etal..Developmentand tests of interferometry facility in 6-m diameter radiometer thermal vacuum chamber in Tsukuba Space Center［J］.SPIE，2010，7731：77313X-1-77313X-7.

［14］ KORHONEN T，KEINANEN P，PASANEN M，et al..Polishing and testing of the 1.5 m SiCmirror of the ALADIN instrument on the ADM-Aeolus satellite of ESA［J］.SPIE，2008，7102：710219-1-710219-7.

［15］ 趙文星，張舸，趙汝成，等.輕質(zhì)碳化硅質(zhì)反射鏡坯體的制造工藝［J］.光學精密工程，2011，19（11）：2609-2617. ZHAOW X，ZHANG G，ZHAO R CH，et al..Fabrication of silicon carbide lightweightmirror blank［J］.Opt.Precision Eng.，2011，19（11）：2609-2617.（in Chinese）

［16］ 張學軍，李志來，張忠玉.基于SiC材料的空間相機非球面反射鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.紅外與激光工程，2007，36（5）：577-582. ZHANG X J，LIZH L，ZHANG ZH Y.Space telecope asphericalmirror structure design based on SiCmaterial［J］.Infrared and Laser Engineering，2007，36（5）：577-582.（in Chinese）

［17］ 張舸，趙汝成，趙文星.大尺寸輕型碳化硅質(zhì)鏡體的制造與材料性能測試［J］.光學精密工程，2006，14（5）：759-763. ZHANG G，ZHAO R CH，ZHAOW X.Fabrication and test of large scale light-weight SiCmirror［J］.Opt.d Precision Eng.，2006，14（5）：759-763.（in Chinese）

［18］ ZHANG Y M，ZHOU Y F，HAN JC，et al..Preparation of silicon coating on SiCmirror by EB-PVD［J］.SPIE，2006，6149：61492C1-61492C5.

［19］ 張劍寒，張宇民，韓杰才，等.空間用碳化硅反射鏡的設(shè)計制造與測試［J］.光學精密工程，2006，14（2）：179-184. ZHANG JH，ZHANG Y M，HAN JC，etal..Design，fabrication and testing of space-borne SiCmirror［J］.Opt.Precision Eng.，2006，14（2）：179-184.（in Chinese）

［20］ 張舸，趙汝成，趙文興.空間用反應(yīng)燒結(jié)碳化硅反射鏡坯體制備技術(shù)研究［J］.空間科學學報，2011，31（3）：401-405. ZHANG G，ZHAO R CH，ZHAOW X.Study on fabrication technology of reaction bonded silicon carbidemirror blank for space［J］.Chinese J.Space Sci.，2011，31（3）：401-405.（in Chinese）

［21］ 唐惠東，李龍珠，孫媛媛，等.SiC反射鏡鏡坯制備工藝的綜述與探討［J］.佛山陶瓷，2011，8：16-21. TANG H D，LIL ZH，SUN Y Y，et al.Development of SiC mirror blank preparation technics［J］.Foshan Ceramics，2011，8：16-21.（in Chinese）

［22］ 彭曉英，陳玉峰.輕型碳化硅陶瓷反射鏡材料研究進展［J］.中國陶瓷，2009，45（4）：9-12. PENG X Y，CHEN Y F.The development research of reflective porcelainmaterialswith lightweight silicon carbide［J］. China Ceramics，2009，45（4）：9-12.（in Chinese）

［23］ 康念輝，李圣怡，鄭子文，等.典型碳化硅光學材料的超光滑拋光試驗研究［J］.中國機械工程，2008，19（21）：2528-2532. KANG N H，LISY，ZHENG ZW，et al..Experimental research on super-smooth polishing process of typical silicon carbidematerials［J］.China Mechanical Engineering，2008，19（21）：2528-2532.（in Chinese）

［24］ JOHNSON S.SiC coatings on RB SiCmirrors for ultra-smooth surfaces［J］.SPIE，1993，2018：237-247.

［25］ 苑永濤，劉紅，陳益超，等.RB-SiC高致密、超光滑SiC表面改性涂層的制備［J］.航天返回與遙感，2011，32（6）：74-77. YUAN Y T，LIU H，CHEN Y CH，et al..Preparation of high compactand super-smooth SiC surfacemodification coating on RB-SiCmirror［J］.Spacecraft Recovery and Remote Sensing，2011，32（6）：74-77.（in Chinese）

［26］ 陳紅，高勁松，宋琦，等.離子輔助制備碳化硅改性薄膜［J］.光學精密工程，2008，16（3）：381-385. CHEN H，GAO JS，SONGQ，etal..Simodified coating on SiC substrate by ion beam assisted deposition［J］.Opt.Precision Eng.，2008，16（3）：381-385.（in Chinese）

［27］ 唐惠東，李龍珠，孫媛媛，等.SiC反射鏡表面改性研究進展［J］.江蘇陶瓷，2011，44（6）：8-12. TANG H D，LIL ZH，SUN Y Y，etal..Research developmentof surfacemodification of SiCmirror［J］.Jiangsu Ceramics，2011，44（6）：8-12.（in Chinese）

［28］ TANG H D，HUANG ZR，TAN SH.PVD SiC and PVD Si coatings on RBSiC for surfacemodification［J］.SPIE，2006，6149：61490A1-61490A2.

［29］ ZHANG F.Optical characteristics of siliconmodified on silicon carbide surface［C］.Proceedings of International Conference on Frontiers of Laser Processing，Changchun，P.R.China：ICFL，2011.

［30］ 苑永濤，劉紅，邵傳兵，等.RB-SiC表面改性Si涂層的制備與性能［J］.強激光與粒子束，2011，23（5）：1281-1284. YUAN Y T，LIU H，SHAO CH B，et al..Preparation and performance of Si coating on RB-SiCmirror for surfacemodification［J］.High Power Laser and Particle Beams，2011，23（5）：1281-1284.（in Chinese）

［31］ 申振峰，高勁松，陳紅，等.空間用SiC反射鏡表面改性的性能和可靠性評估［J］光子學報，2009，38（9）：2353-2357. SHEN ZH F，GAO JS，CHEN H，etal..Performance and reliability evaluation for the surfacemodification of space used silicon carbidemirror［J］.Acta Photonica Sinica，2009，38（9）：2353-2357.（in Chinese）

［32］ SHEN ZH F，GAO JS.Surfacemodification of SiCmirror by IAREmethod［J］.SPIE，2011，7995：79952l-1-79952l-4.

［33］ SHEN ZH F，GAO JS.Using DLC buffer layer to improve the effectof surfacemodification of RB-SiCmirror by SiC coating［C］.Proceedings of International Conference on Frontiers of Laser Processing，Changchun，P.R.China：ICFL，2011.

［34］ 蔣芳，楊勇，黃政仁.反射鏡用SiC陶瓷表面改性涂層的研究進展［J］.機械工程材料，2012，36（12）：1-4. JIANG F，YANG Y，HUANG ZH R.Research progress of SiC ceramic surfacemodification with coating formirror［J］. MaterialsMechanical Eng.，2012，36（12）：1-4.（in Chinese）

［35］ 高勁松，申振峰，王笑夷，等.空間反射鏡基底材料碳化硅表面改性研究［J］.光學學報，2009，29（9）：2624-2629. GAO JS，SHEN ZH F，WANG X Y，et al..Research on surfacemodification of space used SiCmirror［J］.Acta Optica Sinica，2009，29（9）：2624-2629.（in Chinese）

［36］ JOSEPH R，DEEPAK S，CHRISW，et al.Silicon carbide optics for space and ground based astronomical telescopes［J］. SPIE，2012，8450：845002-1-845002-8.

［37］ 高明輝，劉磊，任建岳.空間相機反射鏡碳化硅材料性能測試［J］.光學精密工程，2007，15（8）：1170-1174. GAOM H，LIU L，REN JY.Characteristic testof SiC for space camera′smirror［J］.Opt.Precision Eng.，2007，15（8）：1170-1174.（in Chinese）

［38］ 張峰，范鏑，高勁松.碳化硅表面硅改性層的特性研究［J］.激光與光電子學進展，2012，49（032202）：032202-1-032202-5. ZHANG F，F(xiàn)AN D，GAO JS.Study on characteristics of silicon modification layer on silicon carbide surface［J］.Laser and Optoelectronics Progress，2012，49（032202）：032202-1-032202-5.（in Chinese）

［39］ 王孝坤.大口徑離軸碳化硅非球面反射鏡加工與檢測技術(shù)研究［J］.激光與光電子學進展，2012，49（011201）：011201-1-011201-5. WANG X K.Fabrication and testing of large aperture off-axis SiC aspheric mirror［J］.Laser and Optoelectronics Progress，2012，49（011201）：011201-1-011201-5.（in Chinese）

［40］ 李俊峰，宋淑梅.應(yīng)用雙擺動技術(shù)加工離軸碳化硅反射鏡［J］.光學精密工程，2012，20（8）：1669-1675. LIJF，SONG S M.Manufacture of SiC off-axis aspheric mirrors by double-swing method［J］.Opt.Precision Eng.，2012，20（8）：1669-1675.（in Chinese）

［41］ 李圣怡，戴一帆，解旭輝，等.大中型光學非球面制造與測量新技術(shù)［M］.國防工業(yè)出版社，2011：92-96. LISY，DAIY F，XIE X H，et al..New Technology for Manufacturing and Measurement of Large and Middle-scale Aspheric Surfaces［M］.National Defense Industry Press，2011：92-96.（in Chinese）

［42］ AIKENSD M.The origin and evolution of the optics specifications for the National Ignition Facility［J］.SPIE，1995，2536：2-12

［43］ ENGLISH R E，AIKENSD M，WHISTLERW T，et al..Implementation of ISO 10110 optics drawing standards for the National Ignition Facility［J］.SPIE，1995，2536：51-56.

［44］ WANG D Y，ENGLISH R E J，AIKENSD M.Implementation of ISO 10110 optics drawing standards for the National Ignition Facility［J］.SPIE，1999，3782：502-508.

［45］ 張峰，徐領(lǐng)娣，范鏑，等.表面改性非球面碳化硅反射鏡的加工［J］.光學精密工程，2008，16（12）：2479-2484. ZHANG F，XU L D，F(xiàn)AN D，et al..Fabrication of surfacemodification aspheric SiCmirror［J］.Opt.Precision Eng.，2008，16（12）：2479-2484.（in Chinese）

［46］ 袁志剛，唐才學，鄭楠，等.磁流變數(shù)控拋光技術(shù)研究［J］.制造業(yè)自動化，2013，35（1）：48-51. YUAN ZH G，TANG C X，ZHENG N，et al.The research on magnetorheological finishing［J］.Manufacturing Automation，2013，35（1）：48-51.（in Chinese）

［47］ 王芳杰，郭忠達，陽志強，等.單晶碳化硅磁流變拋光工藝實驗研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010，32（11）：112-113. WANG F J，GUO ZH D，YANG ZH Q，etal..Study onmagnetorheological polishing process of single crystal silicon carbide［J］.Science and Technology Innovation Herald，2010，32（11）：112-113.（in Chinese）

［48］ 張峰，鄧偉杰.碳化硅表面硅改性層的磁介質(zhì)輔助拋光［J］.光學學報，2012，32（11）：1116001-1-1116001-6. ZHANG F，DENGW J.Magnetic-Medium assistant polishing of siliconmodification layer on silicon carbide surface［J］. Acta Optica Sinica，2012，32（11）1116001-1-1116001-6.（in Chinese）

［49］ 廖文林，戴一帆，周林，等.離子束拋光加工矩形離軸非球面鏡［J］.國防科技大學學報，2011，33（1）：100-104. LIAOW L，DAIY F，ZHOU L，et al..Ion beam figuring for rectangular off-axis asphericmirrors［J］.J.National University of Defense Technology，2011，33（1）：100-104.（in Chinese）

［50］ 張峰.空間相機碳化硅反射鏡表面硅改性層的組合式拋光［J］.中國激光，2013，40（7）：0716001-1-0716001-5. ZHANG F.Combined type polishing of siliconmodification layer on silicon carbidemirror for space camera［J］.Chinese J.Lasers，2013，40（7）：0716001-1-0716001-5.（in Chinese）

Manufacture technology status of surface modified silicon carbidem irrors

KANG Jian1，2，XUAN Bin1，XIE Jing-jiang1*
（1.Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology，Changchun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）
*Corresponding author，E-mail：jjxie@ciomp.ac.cn

On the basis of the applications of surfacemodified silicon carbinemirrors in space optical systems，this paper summarizes the research status and developing trends of this kinds ofmirrors athome and abroad.It introduces the widely used silicon carbidematerials and their different properties，then gives several kinds of preparation technics of the silicon carbidemirror blanks，such asmoulding，modification and different polishingmethods.Based on the analysis ofmanufacture and modification process，a way to improve themanufacture technology of silicon carbidemirrors in China is summed up.

opticalmanufacture；silicon cabide；silicon cabidemirror；surfacemodification

TH706；TN304.24

A

10.3788/CO.20130606.0824

康 ?。?984—），男，吉林長春人，碩士研究生，2007年于長春理工大學獲得學士學位，主要從事大口徑非球面加工及檢測方面的研究。E-mail：kangjian0116 @hotmail.com

謝京江（1954—），男，北京人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事先進光學精密加工與檢測方面的研究。E-mail：jjxie@ ciomp.ac.cn

宣 斌（1983—），男，江蘇南通人，博士，副研究員，2005年于浙江大學獲得學士學位，2010年于中國科學院長春光學精密機械與物理研究所獲得博士學位，主要從事光學檢測及中頻誤差方面的研究。E-mail：xbjsnt@sina.com

1674-2915（2013）06-0824-10

2013-10-10；

2013-11-15

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）資助項目