低膨胀大口径轻量化石英玻璃反射镜

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1、建筑玻璃与工业玻璃低膨胀大口径轻量化石英玻璃反射镜Low-expansionlightweightquartzglassmirrorwithlargeaperture邵竹锋向在奎饶传东王佳佳隋梅王玉芬（中国建筑材料科学研究总院，北京100024）摘要:文章从轻量化反射镜的材料以及制造方法等方面对国内外大口径反射镜的轻量化技术进行了讨论，分析了轻型反射镜技术的现状和发展趋势。总结了玻璃基轻质反射镜、SiC基轻质反射镜、金属基轻质反射镜及复合型轻质反射镜的研究现状。比较了轻质反射镜制备方法和性能的优缺点。文章重点分析了低膨胀大口

2、径轻量化石英玻璃反射镜的制造工艺。关键词：反射镜；轻量化；空间光学Abstract：Thetechnologytoreducemassofmirrorforspaceopticalsystemsinworldhasbeensummarizedroundlyinviewofmaterialschoice,manufacturetechnologyandstructuralform.Itsactualityandtrendareanalyzed.Theresearchesonlightweightmirroraresummari

3、zedathomeandabroad,includingglass-based,SiC-based,metal-basedandcompoundedlightweightmirror.Theadvantagesanddisadvantagesofthepreparationmethodsofthelightweightmirrorarecomparedanddiscussed.Thisarticleanalysedthemanufacturingprocessandapplicationsoflow-expansionlig

4、htweightmirrorwithlargeapertureindetail.Keywords：mirror；lightweight；spaceoptics中图分类号：TQ171.731文献辨识码：B文章编号：1003-8965(2016)03-0040-041引言中科院光电技术研究所开展了熔接物封接法轻量化技术研究。目前，已成功研制出口径达700mm的石英反射随着大口径光学技术、空间技术以及天文光学技术的镜以及480mm多角平面反射镜，减重比最高已达70%。快速发展，光学反射镜系统得到了越来越广泛的应用。只中科院南京天文

5、仪厂在上世纪80年代采用机械钻孔法研有通过扩大光学系统的直径才能获得分辨率更高的图像质制了一块口径2.16m的抛物面镜，轻量化率为45%。该量，因此需要采用更长焦距、更大口径的光学系统，而随镜作为我国最大的天文望远镜主镜安装在北京国家天文着系统口径的增大，光学元件的重量给整个系统的工作带台。长春光机所开展轻量化反射镜的探索，采用机械切削[2]来了不利影响，其质量的大小直接决定了发射成本和工作法研制口径1300mm轻质反射镜，减重比50%。性能的高低。因此需要在保证光学元件光学质量的前提下对光学系统的反射元件进行最大程度的轻量

6、化。3轻量化反射镜材料及对比2国内外反射镜轻量化技术发展现状趋势2.1国外现状国外对轻量化技术进行了系统、深入的研究，其中以美国的水平最高，其代表并引领着世界反射光学技术的最高水平。在材料的制备方法和轻量化的成型技术上，美国均处于世界领先地位。亚利桑拿大学STWARD天文台生产出了最大口径达8米的轻型反射镜。康宁公司的熔接图1哈勃望远镜用低膨胀石英玻璃反射镜物封接技术可以制备轻量化90%的光学镜片，口径可达2.4m，著名的哈勃望远镜就是采用该技术生产的。欧洲的制造水平紧随其后，德国肖特公司采用机械数控铣削的方法制造的轻型镜减

7、重率达80%。日本也不甘落后，它[1]的制造水平也已达到了很高的水平。2.2国内现状轻量化技术研究我国起步较晚，并且研究单位比较少，主要集中在中科院等几个研究所。在轻量化程度、口径大小、材料制造和轻量化手段等方面都和国外差距很远。图2大口径微晶玻璃反射镜40建筑玻璃与工业玻璃[4,5]3.1玻璃质轻量化反射镜技术究阶段。玻璃作为反射镜材料具有传统优势，作为各向异性材3.5各种反射镜材料性能对比料，可以加工出无缺陷的反射镜面。适合制造轻量化反射常用的反射镜材料有微晶玻璃、低膨胀石英玻璃、熔镜的玻璃材料有熔石英、超低膨胀石英玻璃

8、(图1)、微晶石英等，各项性能参数如表1。为了对各种材料的综合性玻璃(图2)等。玻璃质轻量化反射镜的制作方法主要有三能进行比较，文章引入下面的品质因数:1)材料比刚度，种:机械钻孔法、浇铸成型法、高温熔接法和熔接物封接即材料弹性模量与密度之比。2)材料稳态变形系数，即材[3]法。料热膨胀系