《宇航材料工艺》：C/SiC复合材料反射镜研究进展（国防科技大学航天科学与工程学院）

C/SiC复合材料反射镜研究进展 黄禄明张长瑞刘荣军曹英斌 (国防科技大学航天科学与工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室,长沙410073) 文摘反射镜在空间光学系统中起着非常关键的作用,目前已发展到第四代C/SiC复合材料。C/SiC 复合材料具有低密度、高模高强、结枃设计灵活等优点,已成为非常重要的新型反射镜材料。本文对四代反射 镜的特点进行了归纳和对比,对C/SiC复合材料反射镜的结构设计、几种常用的制备工艺进行了整理和总结, 并对目前国内外的研究进展进行了综述 关键词C/SiC,复合材料,轻型反射镜,研究进展 中图分类号:TB332 DOI:10.3969/jisn.1007-2330.2016.06005 Process of C/SiC Composites Used in Space mirror HUANG Luming ZHANG Changrui LIU Rongjun CAO Yingh ence and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory, College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073) Abstract The mirrors play a key role in the space optical system, and it has been developed to the fourth gen- eration of C/SiC composites. C/SiCcomposites have become very important materials for light-weight mirrors because of the advantage of low density, high stiffness and strength, considerable flexibility in structural design and so on. In this paper, the characteristics of four generation of mirror were contrast, the preparation process and the structure de- sign of C/SiC composites were summarized, the development of the C/SiC mirror at home and abroad is reviewed Key words C/SiC, Composites, Mirror, Development 0引言 镜要达到的要求是:(1)大尺寸;(2)具有高模量、高 人类步入航天时代以来,利用空间飞行器搜集信热导、低线胀系数及各向同性;(3)加工工艺性好,能 息已成为各国竞相争夺的战略要点。而其中空间光获得低的表面粗糙度,可进行加工减重、成本低-。 学系统的分辨率,须采用全反式或折反式架构。反射代典型材料对比(四 学系统在这个过程中发挥着关键作用,为提高空间光反射镜材料已经发展到第四代{2=4。表1列出了几 表1典型反射镜材料性能 Tab.I Typical properties of mirror materials /W·(mK)1C小(kg·K)"CTE/10-K ULE 140 0 第一代材料为玻璃,能获得表面粗糙度很低的镜差,不适于制备大型反射镜。第二代材料是以Be、Si 面,且线胀系数几乎为零;但缺点是比模量低、导热为代表的金属材料,Be及其合金有优异的力学性能; 收稿日期:2015-12-25;修回日期:2016-07-12 作者简介:黄禄明,1993年出生,硕士研究生,主要从事陶瓷基复合材料方面的研究。E-mail: huandduming019@ gmail 宇航材料工艺htp:w.sheley.com2016年第6期

收稿日期:２０１５－１２－２５ꎻ修回日期:２０１６－０７－１２ 作者简介:黄禄明ꎬ１９９３ 年出生ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事陶瓷基复合材料方面的研究ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｈｕａｎｇｌｕｍｉｎｇ１０１９＠ ｇｍａｉｌ.ｃｏｍ Ｃ / ＳｉＣ 复合材料反射镜研究进展 黄禄明 张长瑞 刘荣军 曹英斌 (国防科技大学航天科学与工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室ꎬ长沙 ４１００７３) 文 摘 反射镜在空间光学系统中起着非常关键的作用ꎬ目前已发展到第四代 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料ꎮ Ｃ / ＳｉＣ 复合材料具有低密度、高模高强、结构设计灵活等优点ꎬ已成为非常重要的新型反射镜材料ꎮ 本文对四代反射 镜的特点进行了归纳和对比ꎬ对 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料反射镜的结构设计、几种常用的制备工艺进行了整理和总结ꎬ 并对目前国内外的研究进展进行了综述ꎮ 关键词 Ｃ / ＳｉＣꎬ复合材料ꎬ轻型反射镜ꎬ研究进展 中图分类号:ＴＢ３３２ ＤＯＩ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１００７－２３３０.２０１６.０６.００５ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｃ / ＳｉＣ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｓｐａｃｅ Ｍｉｒｒｏｒ ＨＵＡＮＧ Ｌｕｍｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇｒｕｉ ＬＩＵ Ｒｏｎｇｊｕｎ ＣＡＯ Ｙｉｎｇｂｉｎ (Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙꎬ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３) Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｍｉｒｒｏｒｓ ｐｌａｙ ａ ｋｅｙ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍꎬ ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｈ ｇｅｎ￣ ｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ / ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ. Ｃ / ＳｉＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｃｏｍｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｌｉｇｈｔ￣ｗｅｉｇｈｔ ｍｉｒｒｏｒｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙꎬ ｈｉｇｈ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈꎬ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ.Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒꎬ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｆｏｕｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｒｒｏｒ ｗｅｒｅ ｃｏｎｔｒａｓｔꎬ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅ￣ ｓｉｇｎ ｏｆ Ｃ / ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｃ / ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｃ / ＳｉＣꎬ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬ Ｍｉｒｒｏｒꎬ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ０ 引言 人类步入航天时代以来ꎬ利用空间飞行器搜集信 息已成为各国竞相争夺的战略要点ꎮ 而其中空间光 学系统在这个过程中发挥着关键作用ꎬ为提高空间光 学系统的分辨率ꎬ须采用全反式或折反式架构ꎮ 反射 镜要达到的要求是:(１)大尺寸ꎻ(２)具有高模量、高 热导、低线胀系数及各向同性ꎻ(３)加工工艺性好ꎬ能 获得低的表面粗糙度ꎬ可进行加工减重、成本低[１－２] ꎮ 反射镜材料已经发展到第四代[２－４] ꎮ 表 １ 列出了几 代典型材料对比[５－８] ꎮ 表 １ 典型反射镜材料性能 Ｔａｂ.１ Ｔｙｐｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｉｒｒｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ λ / Ｗ􀅰(ｍ􀅰Ｋ) －１ Ｃｐ / Ｊ􀅰(ｋｇ􀅰Ｋ) －１ ＣＴＥ/ １０ －６ Ｋ －１ Ｅ/ ρ α/ λ Ｒａ / ｎｍ １ ｓｔ Ｚｅｒｏｄｕｒ ＵＬＥ １.６４ １３ ８２１ ７０８ ３.２ ０.０３ ３６ ３０.５ ２ ０.００２ － ≤０.３ ２ ｎｄ Ｂｅ Ｓｉ １９４ １７０ １８２０ ７１１ １１.４ ２.６ １６４ ７１ ０.０６ ０.０１５ ≤１ ≤０.５ ３ ｒｄ ＳｉＣ １４０ ７１０ ４.３ １２６ ０.０３ ≤１ ４ ｔｈ Ｃ/ ＳｉＣ １２５ ７００ ２ ８７ ０.０１６ ≤２ 第一代材料为玻璃ꎬ能获得表面粗糙度很低的镜 面ꎬ且线胀系数几乎为零ꎻ但缺点是比模量低、导热 差ꎬ不适于制备大型反射镜ꎮ 第二代材料是以 Ｂｅ、Ｓｉ 为代表的金属材料ꎬＢｅ 及其合金有优异的力学性能ꎻ — ２６ — 宇航材料工艺 ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ ２０１６ 年 第 ６ 期

但缺点是易产生热变形,而且其剧毒性增加了加工难1.2反射镜表面涂层的设计 度,目前已基本停止使用。第三代SiC材料为目前反 然而,仅使用C/SiC复合材料并不能同时满足轻 射镜用主流材料,具有比模量高、热变形小、光学性能量化和高分辨率的双重要求。由于碳纤维的存在,直 好等诸多优点3,制备方法主要有普通烧结、反应烧接抛光表面无法实现反射镜所要求的表面粗糙度;另 结、热压烧结等。第四代C/SiC复合材料与SiC单相外,C/siC坯体内部不可避免存在不均匀性,从而产 陶瓷相比,其综合优势更加明显,具体表现为1:生内部应力,这会引起镜面变形。因此,需要在反射 (1)在3~1573K热稳定性好;(2)低密度,且可根据镜坯体表面制备一层光学改性涂层,其作用是实现镜 需求调整;(3)高模髙强;(4)高热导率(约125W′面,通过对涂层抛光来提供所需面型及表面粗糙度, (mK);(5)热学、力学性能各向同性;(6)耐磨、抗冲主要考虑光学性能和热匹配性能。 蚀;(7)材料致密,几无孔隙;(8)制备成本低、周期 反射镜表面涂层的制备方法有化学气相沉积 短;(9)可加工性强,能得到大尺寸反射镜。本文对(CVD)法浆料预涂层法等,其中CVD法能获得 四代反射镜的特点进行了归纳和对比。 理论致密度SiC涂层,抛光后表面粗糙度小于0.3 1C/SiC反射镜的结构设计 mm,满足光学应用要求,是最常用的表面致密化方 1.1镜坯的结构设计 法。但由于C/SC和CVD-SiC热膨胀存在差异 C/SiC反射镜通常采用三明治结构(图1),其需在两者之间制备一层梯度过渡层,以缓解热应力 优点是:(1)质量轻,可实现轻量化;(2)比刚度高,尺图2为C/SiC反射镜表面结构示意图,坯体和致密层 寸稳定性好。该方式是将上下两个薄片连接在中间中间为碳化硅基过渡层。 夹层上,夹层为蜂窝结构,既实现了轻量化设计,又能 保证很好的刚度。同时为保证各向同性,薄片和夹层 致密层 要具有相同的成分及性能,且夹层必须具备低密度 高模量,使镜体具有尺寸稳定性。 梯度过渡层 C/SiC复合材料 图2C/SsiC反射镜表面结构示意图 Fig 2 Schematic diagram of C/SiC mirrors surfaces 2C/SiC反射镜坯体制备工艺 21渗硅工艺 渗硅工艺包括液相渗硅工艺(ISI)和气相渗硅 工艺(GSI)。图3示出了ISI制备C/SiC反射镜坯体 图1典型的三明治结构C/SiC反射镜 流程图。 ig. 1 Typical C/SiC mirrors with sandwich structure 1. Preparation of Carbon Fiber Preform 2. C/C process Coal tar pitch Graphitization Molding with binder in inert atmosphere CF Preform milled carbon fiber 4. Silicon Infiltration 3. Milling c/c green body C/C Substrate C/Sic compos ite 图3LSI工艺制备C/SC反射镜基体过程图 Fig 3 Flow chart for the preparation of C/SiC mirror blank by LSI process 宇航材料工艺htp://w.sheley.com2016年第6期

但缺点是易产生热变形ꎬ而且其剧毒性增加了加工难 度ꎬ目前已基本停止使用ꎮ 第三代 ＳｉＣ 材料为目前反 射镜用主流材料ꎬ具有比模量高、热变形小、光学性能 好等诸多优点[３] ꎬ制备方法主要有普通烧结、反应烧 结、热压烧结等ꎮ 第四代 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料与 ＳｉＣ 单相 陶瓷相比ꎬ其综合优势更加明显ꎬ具体表现为[９－１４] : (１)在 ３~１ ５７３ Ｋ 热稳定性好ꎻ(２)低密度ꎬ且可根据 需求调整ꎻ(３) 高模高强ꎻ(４) 高热导率(约 １２５ Ｗ/ (ｍ􀅰Ｋ)ꎻ(５)热学、力学性能各向同性ꎻ(６)耐磨、抗冲 蚀ꎻ(７)材料致密ꎬ几无孔隙ꎻ(８) 制备成本低、周期 短ꎻ(９)可加工性强ꎬ能得到大尺寸反射镜ꎮ 本文对 四代反射镜的特点进行了归纳和对比ꎮ １ Ｃ / ＳｉＣ 反射镜的结构设计 １.１ 镜坯的结构设计 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜通常采用三明治结构[９] (图 １)ꎬ其 优点是:(１)质量轻ꎬ可实现轻量化ꎻ(２)比刚度高ꎬ尺 寸稳定性好ꎮ 该方式是将上下两个薄片连接在中间 夹层上ꎬ夹层为蜂窝结构ꎬ既实现了轻量化设计ꎬ又能 保证很好的刚度ꎮ 同时为保证各向同性ꎬ薄片和夹层 要具有相同的成分及性能ꎬ且夹层必须具备低密度、 高模量ꎬ使镜体具有尺寸稳定性ꎮ 图 １ 典型的三明治结构 Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜 Ｆｉｇ.１ Ｔｙｐｉｃａｌ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒｓ ｗｉｔｈ ｓａｎｄｗｉｃｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ １.２ 反射镜表面涂层的设计 然而ꎬ仅使用 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料并不能同时满足轻 量化和高分辨率的双重要求ꎮ 由于碳纤维的存在ꎬ直 接抛光表面无法实现反射镜所要求的表面粗糙度ꎻ另 外ꎬＣ / ＳｉＣ 坯体内部不可避免存在不均匀性ꎬ从而产 生内部应力ꎬ这会引起镜面变形ꎮ 因此ꎬ需要在反射 镜坯体表面制备一层光学改性涂层ꎬ其作用是实现镜 面ꎬ通过对涂层抛光来提供所需面型及表面粗糙度ꎬ 主要考虑光学性能和热匹配性能[１５] ꎮ 反射镜表面涂层的制备方法有化学气相沉积 (ＣＶＤ)法、浆料预涂层法等[１６] ꎬ其中 ＣＶＤ 法能获得 理论致密度 ＳｉＣ 涂层ꎬ抛光后表面粗糙度小于 ０􀆰 ３ ｎｍꎬ满足光学应用要求ꎬ是最常用的表面致密化方 法[１７] ꎮ 但由于 Ｃ / ＳｉＣ 和 ＣＶＤ－ＳｉＣ 热膨胀存在差异ꎬ 需在两者之间制备一层梯度过渡层ꎬ以缓解热应力ꎮ 图 ２ 为 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜表面结构示意图ꎬ坯体和致密层 中间为碳化硅基过渡层ꎮ 图 ２ Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜表面结构示意图 Ｆｉｇ.２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒｓ ｓｕｒｆａｃｅｓ ２ Ｃ / ＳｉＣ 反射镜坯体制备工艺 ２.１ 渗硅工艺 渗硅工艺包括液相渗硅工艺( ＬＳＩ) 和气相渗硅 工艺(ＧＳＩ)ꎮ 图 ３ 示出了 ＬＳＩ 制备 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜坯体 流程图ꎮ 图 ３ ＬＳＩ 工艺制备 Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜基体过程图 Ｆｉｇ.３ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒ ｂｌａｎｋ ｂｙ ＬＳＩ ｐｒｏｃｅｓｓ 宇航材料工艺 ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ ２０１６ 年 第 ６ 期 — ２７ —

该过程首先将短切碳纤维和树脂模压成型得到 多种工艺联用(如CⅥ- PIP. PIP-SI、CVI-SI等) C/树脂生坯,然后将生坯浸渍裂解并石墨化后得到可以同时发挥两种或几种工艺的优势,避免仅用某 C/C复合材料素坯,再将CC素坯在1400-1600℃种工艺所带来的不足。例如国防科技大学2采用的 的反应炉中熔融渗硅得到C/siC复合材料,加工处理CⅥ-PIP联用工艺,先采用CⅥ法填充纤维束内的 后得到反射镜坯体。其优点是工艺时间短、烧结温度孔隙,然后再用P法浸渍裂解,克服了PIP浸渍液 低、无需加压、烧结过程中变形小、可通过调整C/C黏度大难以有效填充的缺陷,有效提高了复合材料的 复合材料的结构来控制最终复合材料的密度),并致密度,并同时解决了体积收缩问题,得到了高性能 可通过渗硅将多块C/C素坯连接起来制备大尺寸反C/SiC复合材料。 射镜。 3C/SiC轻型反射镜国内外研究进展 C/SiC材料的突出优点是通过连接技术可以将 国外对C/SiC反射镜材料的研究起始于上世纪 小尺寸坯体反应连接成大尺寸坯体。即在C/C素末,目前以德国的技术水平最高,是唯一实现产品化 坯阶段,将素坯块加工成所需几何尺寸,然后将素坯的国家,此外,日本和美国等国家也有了一定程度的 块用化学黏结剂拼接成整体素坯,通过反应连接成完研究。 整坯体。图4为单独的素坯块及连接成的整体素坯。 德国ECM公司 Matthias Rodel团队用LSI法制 备了反射镜用C/siC复合材料,并将其命名为Ce sic012),已成功投入商品运营。图5为ECM制备的 C/SiC反射镜,图左是经抛光的扫描镜,图右是表面 镀金膜后扫描镜,表面粗糙度为3.2mm,反射率高达 99%。法国 Ariane公司在200年将红外预警预备系 图4C/SiC反射镜素坯块及连接后的整体素坯 统( Spirale)的两颗微卫星送入了地球同步轨道,图6 4 Segments prior to joining and demonstrator consistin为该卫星上面搭载的空间相机反射镜,直径800mm 总质量20kg GSI与液相法类似,在更高的温度下由硅蒸气完 成对C/C的浸渗。与ISI相比,气相硅扩散能力更 强,不易过早地堵塞孔隙生成闭孔,且硅与碳能够充 分接触并反应,得到均匀的SiC复合材料,烧结后坯 体残余硅含量更少,后加工处理更加方便。 2.2先驱体浸渍裂解工艺 先驱体浸渍裂解工艺(PP)首先将编织C纤维用 有机先驱体(聚碳硅烷,PCS)真空浸渍,然后在1200℃ 条件下裂解,有机先驱体变为无机Si,重复浸渍裂 解得到C/SiC复合材料。这种工艺的优点是可 图5ECM制备的C/SiC反射镜 制备工艺复杂、尺寸要求高的反射镜坯体,裂解温度 Fig 5 Polished scan mirrors fabricated by ECM 低,工艺简单、对纤维损伤小;缺点是制备周期长、裂 解时小分子的逸出造成体积收缩,制成的材料弹性模 量及热导率相对较低。 2.3化学气相渗透工艺 化学气相渗透工艺(CⅥ)是在CVD工艺上发展 起来的。将编织碳纤维置于反应炉中,气相先驱体从 炉底部渗入,向编织件内部扩散,并在预制件孔隙内 反应沉积形成SiC基体,进而得到C/SiC复合材料。 图6ECM公司为法国 Spirale卫星空间 这种工艺的优点是近净成型,适于薄壁和不规则构 相机制备的C/SiC反射镜 件,无需烧结,与CVD-SC涂层热匹配性能最好(出; Fig 6 C/SiC mirror for Spirale fabricated by ECM 缺点是材料内部易形成闭孔,而且设备复杂,周期长, 德国 ASTRIUM和KS公司制备的C/SiC反射镜 不适合制备厚壁结构材料,致密化速度慢。 已用到 GREGOR空间望远镜(图7),该望远镜的主 24多工艺联用 镜、次镜及副镜的直径分别为1500、420和360mm。 宇航材料工艺htp:w.sheley.com2016年第6期

该过程首先将短切碳纤维和树脂模压成型得到 Ｃ / 树脂生坯ꎬ然后将生坯浸渍裂解并石墨化后得到 Ｃ / Ｃ 复合材料素坯ꎬ再将 Ｃ / Ｃ 素坯在 １ ４００ ~ １ ６００℃ 的反应炉中熔融渗硅得到 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料ꎬ加工处理 后得到反射镜坯体ꎮ 其优点是工艺时间短、烧结温度 低、无需加压、烧结过程中变形小、可通过调整 Ｃ / Ｃ 复合材料的结构来控制最终复合材料的密度[１８] ꎬ并 可通过渗硅将多块 Ｃ / Ｃ 素坯连接起来制备大尺寸反 射镜ꎮ Ｃ / ＳｉＣ 材料的突出优点是通过连接技术可以将 小尺寸坯体反应连接成大尺寸坯体[１] ꎮ 即在 Ｃ / Ｃ 素 坯阶段ꎬ将素坯块加工成所需几何尺寸ꎬ然后将素坯 块用化学黏结剂拼接成整体素坯ꎬ通过反应连接成完 整坯体ꎮ 图 ４ 为单独的素坯块及连接成的整体素坯ꎮ 图 ４ Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜素坯块及连接后的整体素坯 Ｆｉｇ.４ Ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｐｒｉｏｒ ｔｏ ｊｏｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｏｒ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ６ ｊｏｉｎｅｄ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ＧＳＩ 与液相法类似ꎬ在更高的温度下由硅蒸气完 成对 Ｃ / Ｃ 的浸渗ꎮ 与 ＬＳＩ 相比ꎬ气相硅扩散能力更 强ꎬ不易过早地堵塞孔隙生成闭孔ꎬ且硅与碳能够充 分接触并反应ꎬ得到均匀的 ＳｉＣ 复合材料ꎬ烧结后坯 体残余硅含量更少ꎬ后加工处理更加方便ꎮ ２.２ 先驱体浸渍裂解工艺 先驱体浸渍裂解工艺(ＰＩＰ)首先将编织 Ｃ 纤维用 有机先驱体(聚碳硅烷ꎬＰＣＳ)真空浸渍ꎬ然后在 １ ２００℃ 条件下裂解ꎬ有机先驱体变为无机 ＳｉＣꎬ重复浸渍裂 解得到 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料[１９－２０] ꎮ 这种工艺的优点是可 制备工艺复杂、尺寸要求高的反射镜坯体ꎬ裂解温度 低ꎬ工艺简单、对纤维损伤小ꎻ缺点是制备周期长、裂 解时小分子的逸出造成体积收缩ꎬ制成的材料弹性模 量及热导率相对较低ꎮ ２.３ 化学气相渗透工艺 化学气相渗透工艺(ＣＶＩ)是在 ＣＶＤ 工艺上发展 起来的ꎮ 将编织碳纤维置于反应炉中ꎬ气相先驱体从 炉底部渗入ꎬ向编织件内部扩散ꎬ并在预制件孔隙内 反应沉积形成 ＳｉＣ 基体ꎬ进而得到 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料ꎮ 这种工艺的优点是近净成型ꎬ适于薄壁和不规则构 件ꎬ无需烧结ꎬ与 ＣＶＤ－ＳｉＣ 涂层热匹配性能最好[２１] ꎻ 缺点是材料内部易形成闭孔ꎬ而且设备复杂ꎬ周期长ꎬ 不适合制备厚壁结构材料ꎬ致密化速度慢ꎮ ２.４ 多工艺联用 多种工艺联用(如 ＣＶＩ－ＰＩＰ、ＰＩＰ－ＳＩ、ＣＶＩ－ＳＩ 等) 可以同时发挥两种或几种工艺的优势ꎬ避免仅用某一 种工艺所带来的不足ꎮ 例如国防科技大学[２２ ]采用的 ＣＶＩ－ＰＩＰ 联用工艺ꎬ先采用 ＣＶＩ 法填充纤维束内的 孔隙ꎬ然后再用 ＰＩＰ 法浸渍裂解ꎬ克服了 ＰＩＰ 浸渍液 黏度大难以有效填充的缺陷ꎬ有效提高了复合材料的 致密度ꎬ并同时解决了体积收缩问题ꎬ得到了高性能 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料ꎮ ３ Ｃ / ＳｉＣ 轻型反射镜国内外研究进展 国外对 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜材料的研究起始于上世纪 末ꎬ目前以德国的技术水平最高ꎬ是唯一实现产品化 的国家ꎬ此外ꎬ日本和美国等国家也有了一定程度的 研究ꎮ 德国 ＥＣＭ 公司 Ｍａｔｔｈｉａｓ Ｋｒöｄｅｌ 团队用 ＬＳＩ 法制 备了反射镜用 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料ꎬ并将其命名为 Ｃｅ￣ ｓｉｃ [１０－１２] ꎬ已成功投入商品运营ꎮ 图 ５ 为 ＥＣＭ 制备的 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜ꎬ图左是经抛光的扫描镜ꎬ图右是表面 镀金膜后扫描镜ꎬ表面粗糙度为 ３.２ ｎｍꎬ反射率高达 ９９％ꎮ 法国 Ａｒｉａｎｅ 公司在 ２００９ 年将红外预警预备系 统(Ｓｐｉｒａｌｅ)的两颗微卫星送入了地球同步轨道ꎬ图 ６ 为该卫星上面搭载的空间相机反射镜ꎬ直径 ８００ ｍｍꎬ 总质量 ２０ ｋｇꎮ 图 ５ ＥＣＭ 制备的 Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜 Ｆｉｇ.５ Ｐｏｌｉｓｈｅｄ ｓｃａｎ ｍｉｒｒｏｒｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ＥＣＭ 图 ６ ＥＣＭ 公司为法国 Ｓｐｉｒａｌｅ 卫星空间 相机制备的 Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜 Ｆｉｇ.６ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒ ｆｏｒ Ｓｐｉｒａｌｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ＥＣＭ 德国 ＡＳＴＲＩＵＭ 和 ＫＩＳ 公司制备的 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜 已用到 ＧＲＥＧＯＲ 空间望远镜(图 ７)ꎬ该望远镜的主 镜、次镜及副镜的直径分别为 １ ５００、４２０ 和 ３６０ ｍｍꎮ — ２８ — 宇航材料工艺 ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ ２０１６ 年 第 ６ 期

(a)1500mm b)420 mm (c)360mm 图7用于 GREGOR空间望远镜的C/SiC反射镜 Fig7 CSiC mirror used for GREGOR 德国DSS和IABG公司,研发了用于NGT望远所、哈尔滨工业大学和国防科技大学。国防科技大学 镜的C/siC复合材料。美国NGST作为哈勃望远镜采用ISI工艺、PP+CⅥ工艺等制备了不同尺寸的 的继任者,其主反射镜直径为8m,它能对可见光到C/SiC反射镜材料,并且对C/SiC反射镜表面涂层技 远红外区的范围进行观察,体积是哈勃望远镜的10术展开了系统的研究,2。图10和图11为200 倍,但质量只有哈勃的25%。图8是用于NGST原理mm口径反射镜实物照片。国内目前已具备米级口 机的C/SiC反射镜,直径为500mm。图8(b)为该公径C/SC复合材料反射镜的研制能力。 司研制的用于MSG( Meteosat Second Generation)同步 卫星上的椭圆扫描镜,长、短轴分别为80和50cm 重70kg,抛光后表面粗糙度达到了06mm。 维朝]) 图10LSI工艺制备的200mm口径的 C/SiC复合材料反射镜 Fig 10 LSI CSiC mirror (a)用于NGST原理机的反射镜(b)用于MsG的扫描镜 图8LABG和DSS公司研制的C/SiC材料 Fig 8 C/SiC mirrors fabricated by IABG and DSS 日本三菱电气公司与ECM公司合作,在 Cesc 基础上研发了HB- Cesc材料,在碳纤维编织件内添 加短切碳纤维,进一步提高复合材料的弯曲强度、弹 性模量、断裂韧性等综合性能。拟在2010年(已推迟 图11PIP-CⅥ联用制备的200mm口径的 到2017年)发射SPCA空间望远镜,配备一块直径 C/SiC复合材料反射镜 3.5m的主镜,其支撑结构也将采用C/SiC复合材 Fig 11 PIP+CVI C/SiC ellipse mirror 料。图9为模拟考核用750mmC/SiC反射镜。 4结语C/SiC复合材料具有高比强、高比模及热稳定 性好等优点,可制成薄型反射镜或蜂窝型等中空结构, 能有效减轻卫星载荷,降低发射成本。国外对C/SiC 反射镜的研究已达到实用化阶段。而国内C/SiC反射 镜的研究尚处于起步阶段,今后研究应着重在以下几 点 1)大尺寸C/siC坯体制备,涉及到材料制备技 术、大型反应烧结设备的研究以及直径超过1.5m的 图9日本三菱和德国ECM合作研制的750mn 大尺寸坯体的连接技术。 C/SiC反射镜 (2)C/SiC轻型反射镜的结构设计。为降低空间反 Fig9750mmC/ SiC mirror fabricated by Mitsubishi and ECM射镜低成本,需对其力学结构进行设计来满足轻量化的 在国内,C/SiC反射镜的研究尚处于起步阶段,要求 目前从事相关研究的单位有中科院上海硅酸盐研究 (下转第63页) 宇航材料工艺htp://ww.sheley.com2016年第6期 29

(ａ) １ ５００ ｍｍ (ｂ) ４２０ ｍｍ (ｃ) ３６０ ｍｍ 图 ７ 用于 ＧＲＥＧＯＲ 空间望远镜的 Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜 Ｆｉｇ.７ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ＧＲＥＧＯＲ 德国 ＤＳＳ 和 ＩＡＢＧ 公司ꎬ研发了用于 ＮＧＳＴ 望远 镜的 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料ꎮ 美国 ＮＧＳＴ 作为哈勃望远镜 的继任者ꎬ其主反射镜直径为 ８ ｍꎬ它能对可见光到 远红外区的范围进行观察ꎬ体积是哈勃望远镜的 １０ 倍ꎬ但质量只有哈勃的 ２５％ꎮ 图 ８ 是用于 ＮＧＳＴ 原理 机的 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜ꎬ直径为 ５００ ｍｍꎮ 图 ８(ｂ)为该公 司研制的用于 ＭＳＧ(Ｍｅｔｅｏｓａｔ Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ)同步 卫星上的椭圆扫描镜ꎬ长、短轴分别为 ８０ 和 ５０ ｃｍꎬ 重 ７.０ ｋｇꎬ抛光后表面粗糙度达到了 ０.６ ｎｍꎮ (ａ) 用于 ＮＧＳＴ 原理机的反射镜(ｂ) 用于 ＭＳＧ 的扫描镜 图 ８ ＩＡＢＧ 和 ＤＳＳ 公司研制的 Ｃ/ ＳｉＣ 材料 Ｆｉｇ.８ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ＩＡＢＧ ａｎｄ ＤＳＳ 日本三菱电气公司与 ＥＣＭ 公司合作ꎬ在 Ｃｅｓｉｃ 基础上研发了 ＨＢ－Ｃｅｓｉｃ 材料ꎬ在碳纤维编织件内添 加短切碳纤维ꎬ进一步提高复合材料的弯曲强度、弹 性模量、断裂韧性等综合性能ꎮ 拟在 ２０１０ 年(已推迟 到 ２０１７ 年)发射 ＳＰＩＣＡ 空间望远镜ꎬ配备一块直径 ３.５ ｍ 的主镜ꎬ其支撑结构也将采用 Ｃ / ＳｉＣ 复合材 料ꎮ 图 ９ 为模拟考核用 ７５０ ｍｍ Ｃ / ＳｉＣ 反射镜ꎮ 图 ９ 日本三菱和德国 ＥＣＭ 合作研制的 ７５０ ｍｍ Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜 Ｆｉｇ.９ ７５０ ｍｍ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ ａｎｄ ＥＣＭ 在国内ꎬＣ / ＳｉＣ 反射镜的研究尚处于起步阶段ꎬ 目前从事相关研究的单位有中科院上海硅酸盐研究 所、哈尔滨工业大学和国防科技大学ꎮ 国防科技大学 采用 ＬＳＩ 工艺、ＰＩＰ ＋ＣＶＩ 工艺等制备了不同尺寸的 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜材料ꎬ并且对 Ｃ / ＳｉＣ 反射镜表面涂层技 术展开了系统的研究[１７ꎬ ２２] ꎮ 图 １０ 和图 １１ 为 ２００ ｍｍ 口径反射镜实物照片ꎮ 国内目前已具备米级口 径 Ｃ / ＳｉＣ 复合材料反射镜的研制能力ꎮ 图 １０ ＬＳＩ 工艺制备的 ２００ ｍｍ 口径的 Ｃ/ ＳｉＣ 复合材料反射镜 Ｆｉｇ.１０ ＬＳＩ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒ 图 １１ ＰＩＰ－ＣＶＩ 联用制备的 ２００ ｍｍ 口径的 Ｃ/ ＳｉＣ 复合材料反射镜 Ｆｉｇ.１１ ＰＩＰ＋ＣＶＩ Ｃ/ ＳｉＣ ｅｌｌｉｐｓｅ ｍｉｒｒｏｒ ４ 结语 Ｃ/ ＳｉＣ 复合材料具有高比强、高比模及热稳定 性好等优点ꎬ可制成薄型反射镜或蜂窝型等中空结构ꎬ 能有效减轻卫星载荷ꎬ降低发射成本ꎮ 国外对 Ｃ/ ＳｉＣ 反射镜的研究已达到实用化阶段ꎮ 而国内 Ｃ/ ＳｉＣ 反射 镜的研究尚处于起步阶段ꎬ今后研究应着重在以下几 点ꎮ (１)大尺寸 Ｃ / ＳｉＣ 坯体制备ꎬ涉及到材料制备技 术、大型反应烧结设备的研究以及直径超过 １.５ ｍ 的 大尺寸坯体的连接技术ꎮ (２)Ｃ/ ＳｉＣ 轻型反射镜的结构设计ꎮ 为降低空间反 射镜低成本ꎬ需对其力学结构进行设计来满足轻量化的 要求ꎮ (下转第 ６３ 页) 宇航材料工艺 ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ ２０１６ 年 第 ６ 期 — ２９ —

200l:1-12 features of hot isostatically pressed( HIP Nimonic AP-1 P/M [4 PAULONIS D F, SCHIRRA JJ, et al. Proceedings of the superalloy[ a]. Ramakrishnan P Powder Metallurgy and Related fifth international symposium on superalloys 718, 625, 706 and va- High Temperature Materials, Trans Tech Publications, 1985: 402- rious derivatives[ M].TMS, Warrendale, PA, 2001: 13-23. 5]柴国明,陈希春,郭汉杰FGH96高温合金中一次碳 [11]田素贵,李晶晶,谢君,等FGH95镍基合金的相组成及 化物形成规律[J]中国有色金属学报,2012(8):205-2213 相的粒度分布[J沈阳工业大学学报,2011(6)635-639 [6]马文斌,刘国权,胡本芙,等粉末高温合金FGH96中 [12]胡本芙,陈焕铭,宋铎,等镍基高温合金快速凝固粉末 的原始粉末颗粒边界及其对合金拉伸断裂行为的影响[J]粉颗粒中MC型碳化物相的研究[J]金属学报,2005,41(10):1042- 末冶金材料科学与工程,2013(1):1-7. [7 INGESTEN N G, WARREN R, WINBERG L.The nature 13]胡本芙,陈焕铭宋铎,等.预热处理对FGH5高温合金 and origin of previous particle boundary precipitates in F/Msu粉末中碳化物的影啊[J]金属学报,2003,39(5):470-475. peralloys[ M]. High Temperature Alloys for Gas Turbines 1982. [14]MENZIES R G, BRICKNELL R H, CRAVEN A JSTEM Springer Netherlands, 1982: 1013-1027 microanalysis of precipitates and their nuclei in a nickel-base super- [8 MARQUEZ C, L'ESPERANCE G, KOUL A K Prior alloy [J]. Philosophical Magazine A, 1980, 41(41): 493-508. particle boundary precipitation in Ni-base superalloys[J ].Interna- [1l5]杨万宏,俞克兰,颜鸣皋,等Rene95粉末高温合金 tional Journal of Powder Metallurgy, 1986: 301-308 原始颗粒边界析出及其形成机理[J]航空材料学报,1990 [9] ZHAO J P, TAO Y, YUAN SQ, et al. The problem of (A09): 53-58 prior particle boundary precipitation in p/m superalloys[J] [16]谢锡善,董建新,付书红,等γ”和γ相强化的N-Fe der Metallurgy Industry, 2010 基高温合金GH4160的研究与发展[J]金属学报,2010(11): [10 PRAKASH T L, TEWARI S N, RAMAKRISHNAN P 1289-1302 (上接第29页) (3)大尺寸反射镜表面CVD-SiC涂层的制备。 [10 KRoDELM, KUTTER G S. Cesic: engneering material CVD-SC技术已发展了很长时间,但是采用该工艺 or optical applications. SPI,200,.5170:2223 进行大批次生产中涉及到的问题特别是针对大尺寸 [11 KRoDEL M, KUTTER G S, DEYERLERL M Short car- bon-fiber reinforced ceramic csic for optomechanical applicatio 结构仍需进一步研究。 [J].SPE,2003,4837:576-588. (4)反射镜镜面镀膜技术、加工工艺技术及在空 [12 JEFFREY B, MATTHIAS K. CESIC light-weight SiC 间环境中应用性能的研究。 composite for optics and structures[J]. SPIE, 2005, 5868: 07 参考文献 [13] WILLIAM A Thermo-mechanical performance of 1]张长瑞轻质C/SC复合材料及其反射镜的设计与 C/SiC mounts[J].SPIE, 2001, 4451: 468 [14]严春雷,刘荣军,曹英斌,等超高温陶瓷基复合材 制备研究[D].武汉理工大学,2008 [2]张长瑞,周新贵,曹英斌,等.SiC及其复合材料轻 料制备工艺研究进展[J]宇航材料工艺,2012,42(4):7-11 [15]唐惠东,李龙珠,孙媛媛,等SiC反射镜表面改性研 型反射镜的研究进展[J].航天返回与遥感,2003,24(2) 究进展[J]江苏陶瓷,20114(6):8-12 14-19 [16]蒋芳,杨勇,黄政仁反射镜用SiC陶瓷表面改性涂 [3]张德坷,曹英斌,刘荣军,等.C/SiC复合材料空间 层的研究进展[J]机械工程材料,2012,36(12):1-4,9 光机结构的研究进展与展望[J.材料导报A:综述篇,2012, [1]林栋Si/SiC光学涂层的制备与性能研究[D].国防 科技大学,200 [4]董斌超,张舸超轻量化SC反射镜的制备及性能 [18]刘荣军,曹英斌,龙宪海,等先驱体浸渍-裂解SC [冂].光学精密工程.2015,23(8):2185-2191 界面改性涂层对气相渗硅3D-CSiC复合材料力学性能的影 5]张玉娣,张长瑞,周新贵,等.SC基陶瓷卫星反射啊[门复合材料学报,2016,33 镜研究进展[J].硅酸盐通报,2002,16(9):37-39. [19] HUANG L M, XIANG Y, CAO F, et al. The degradation [6]蔡利辉,马青松,刘海韬,等连续纤维增强碳化硅 behavior of UHTCs based coatings coated PIP-C/ SiC composite 复合材料界面区研究进展[J硅酸盐通报,2013,32(5): in thermal eveling environment[J. Composites Part B,2016 878-889 (86):126-134 [7]赵汝成,包建勋大口径轻质SC反射镜的研究与应 用J.中国光学,2014,7(4):552-558 [20]王静,曹英斌,刘荣军,等C/C-SiC复合材料的反 应烧结法制备及应用进展[J].材料导报,2013,27(3):29-33 [8 HARNISCH B, KUNKEL B, PAPENBURG U, et al [21]邹世钦,张长瑞,周新贵,等.碳纤维增强陶瓷基复 Ultra-lightweight C/SiC mirrors and structures[J].ESA Bulletin 合材料抗氧化涂层研究进展[J宇航材料工艺,2003,33(6) 95,1998(8):148-152 [9]于坤,张长瑞,曹英斌,等.蜂窝型C/Si椭圆反射镜 [22]张玉娣C/SiC复合材料反射镜坯体及过渡层的研 镜坯的优化设计[J]光子学报,2008,37(10):1978-1981 究[D]国防科技大学,2005 宇航材料工艺htp://w.sheley.com2016年第6期

２００１:１－１２. [４] ＰＡＵＬＯＮＩＳ Ｄ ＦꎬＳＣＨＩＲＲＡ Ｊ Ｊꎬｅｔ ａｌ.Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｆｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ７１８ꎬ６２５ꎬ７０６ ａｎｄ ｖａ￣ ｒｉｏｕｓ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ[Ｍ].ＴＭＳꎬＷａｒｒｅｎｄａｌｅꎬＰＡꎬ２００１:１３－２３. [５] 柴国明ꎬ陈希春ꎬ郭汉杰.ＦＧＨ９６ 高温合金中一次碳 化物形成规律[Ｊ].中国有色金属学报ꎬ２０１２(８):２２０５－２２１３. [６] 马文斌ꎬ刘国权ꎬ胡本芙ꎬ等.粉末高温合金 ＦＧＨ９６ 中 的原始粉末颗粒边界及其对合金拉伸断裂行为的影响[ Ｊ].粉 末冶金材料科学与工程ꎬ２０１３(１):１－７. [７] ＩＮＧＥＳＴＥＮ Ｎ ＧꎬＷＡＲＲＥＮ ＲꎬＷＩＮＢＥＲＧ Ｌ.Ｔｈｅ ｎａｔｕｒｅ ａｎｄ ｏｒｉｇｉｎ ｏｆ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ｉｎ Ｐ / Ｍ ｓｕ￣ ｐｅｒａｌｌｏｙｓ[ Ｍ]. Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ １９８２. Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓꎬ１９８２:１０１３－１０２７. [８] ＭＡＲＱＵＥＺ Ｃꎬ Ｌ 'ＥＳＰＥＲＡＮＣＥ Ｇꎬ ＫＯＵＬ Ａ Ｋ. Ｐｒｉｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎｉ－ｂａｓｅ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ[Ｊ].Ｉｎｔｅｒｎａ￣ ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙꎬ１９８６:３０１－３０８. [９] ＺＨＡＯ Ｊ ＰꎬＴＡＯ ＹꎬＹＵＡＮ Ｓ Ｑꎬ ｅｔ ａｌ.Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｐｒｉｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｐ / ｍ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ[ Ｊ].Ｐｏｗ￣ ｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１０. [１０] ＰＲＡＫＡＳＨ Ｔ ＬꎬＴＥＷＡＲＩ Ｓ ＮꎬＲＡＭＡＫＲＩＳＨＮＡＮ Ｐ. Ｐｒｉｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ( ＰＰＢ) ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ｐｒｅｓｓｅｄ ( ＨＩＰ) Ｎｉｍｏｎｉｃ ＡＰ － １ Ｐ / Ｍ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ[Ａ]. Ｒａｍａｋｒｉｓｈｎａｎ Ｐ Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＭａｔｅｒｉａｌｓꎬＴｒａｎｓ Ｔｅｃｈ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ １９８５:４０２－ ４２０. [１１] 田素贵ꎬ李晶晶ꎬ谢君ꎬ等.ＦＧＨ９５ 镍基合金的相组成及 γ′相的粒度分布[Ｊ].沈阳工业大学学报ꎬ２０１１(６):６３５－６３９. [１２] 胡本芙ꎬ陈焕铭ꎬ宋铎ꎬ等.镍基高温合金快速凝固粉末 颗粒中 ＭＣ 型碳化物相的研究[Ｊ].金属学报ꎬ２００５ꎬ４１(１０):１０４２－ １０４６. [１３] 胡本芙ꎬ陈焕铭ꎬ宋铎ꎬ等.预热处理对 ＦＧＨ９５ 高温合金 粉末中碳化物的影响[Ｊ].金属学报ꎬ２００３ꎬ３９(５):４７０－４７５. [１４] ＭＥＮＺＩＥＳ Ｒ ＧꎬＢＲＩＣＫＮＥＬＬ Ｒ ＨꎬＣＲＡＶＥＮ Ａ Ｊ.ＳＴＥＭ ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｎｕｃｌｅｉ ｉｎ ａ ｎｉｃｋｅｌ￣ｂａｓｅ ｓｕｐｅｒ￣ ａｌｌｏｙ[Ｊ].Ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｉｃａｌ Ｍａｇａｚｉｎｅ Ａꎬ１９８０ꎬ４１(４１):４９３－５０８. [１５] 杨万宏ꎬ俞克兰ꎬ颜鸣皋ꎬ等.Ｒｅｎｅ′９５ 粉末高温合金 原始颗粒边界析出及其形成机理[ Ｊ]. 航空材料学报ꎬ１９９０ (Ａ０９):５３－５８. [１６] 谢锡善ꎬ董建新ꎬ付书红ꎬ等.γ″和 γ′相强化的 Ｎｉ－Ｆｅ 基高温合金 ＧＨ４１６９ 的研究与发展[ Ｊ].金属学报ꎬ２０１０(１１): １２８９－１３０２. 􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁􀤁 (上接第 ２９ 页) (３)大尺寸反射镜表面 ＣＶＤ－ＳｉＣ 涂层的制备ꎮ ＣＶＤ－ＳｉＣ 技术已发展了很长时间ꎬ但是采用该工艺 进行大批次生产中涉及到的问题特别是针对大尺寸 结构仍需进一步研究ꎮ (４)反射镜镜面镀膜技术、加工工艺技术及在空 间环境中应用性能的研究ꎮ 参考文献 [１] 张长瑞.轻质 Ｃ/ ＳｉＣ 复合材料及其反射镜的设计与 制备研究[Ｄ]. 武汉理工大学ꎬ ２００８. [２] 张长瑞ꎬ 周新贵ꎬ 曹英斌ꎬ 等. ＳｉＣ 及其复合材料轻 型反射镜的研究进展[ Ｊ]. 航天返回与遥感ꎬ ２００３ꎬ ２４ (２): １４－１９. [３] 张德坷ꎬ 曹英斌ꎬ 刘荣军ꎬ 等. Ｃ/ ＳｉＣ 复合材料空间 光机结构的研究进展与展望[Ｊ]. 材料导报 Ａ: 综述篇ꎬ ２０１２ꎬ ２６ (７): ７－１１. [４] 董斌超ꎬ 张舸. 超轻量化 ＳｉＣ 反射镜的制备及性能 [Ｊ]. 光学精密工程. ２０１５ꎬ ２３ (８): ２１８５－２１９１. [５] 张玉娣ꎬ 张长瑞ꎬ 周新贵ꎬ 等. ＳｉＣ 基陶瓷卫星反射 镜研究进展[Ｊ]. 硅酸盐通报ꎬ ２００２ꎬ１６ (９): ３７－３９. [６] 蔡利辉ꎬ 马青松ꎬ 刘海韬ꎬ 等. 连续纤维增强碳化硅 复合材料界面区研究进展[ Ｊ]. 硅酸盐通报ꎬ ２０１３ꎬ ３２ (５): ８７８－８８９. [７] 赵汝成ꎬ 包建勋. 大口径轻质 ＳｉＣ 反射镜的研究与应 用[Ｊ]. 中国光学ꎬ ２０１４ꎬ ７ (４): ５５２－５５８. [８] ＨＡＲＮＩＳＣＨ Ｂꎬ ＫＵＮＫＥＬ Ｂꎬ ＰＡＰＥＮＢＵＲＧ Ｕꎬ ｅｔ ａｌ. Ｕｌｔｒａ￣ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｉｒｒｏｒｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ [ Ｊ]. ＥＳＡ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ９５ꎬ１９９８(８):１４８－１５２. [９] 于坤ꎬ张长瑞ꎬ曹英斌ꎬ等.蜂窝型 Ｃ/ ＳｉＣ 椭圆反射镜 镜坯的优化设计[Ｊ].光子学报ꎬ２００８ꎬ３７(１０):１９７８－１９８１. [１０] ＫＲöＤＥＬＭꎬ ＫＵＴＴＥＲ Ｇ Ｓ.Ｃｅｓｉｃ:ｅｎｇｎｅｅｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ.ＳＰＩＥꎬ２００３ꎬ５１７９:２２３－２３３. [１１] ＫＲöＤＥＬ ＭꎬＫＵＴＴＥＲ Ｇ ＳꎬＤＥＹＥＲＬＥＲＬ Ｍ.Ｓｈｏｒｔ ｃａｒ￣ ｂｏｎ￣ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｅｓｉｃ ｆｏｒ ｏｐｔｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ [Ｊ].ＳＰＩＥꎬ２００３ꎬ４８３７:５７６－５８８. [１２] ＪＥＦＦＲＥＹ Ｂꎬ ＭＡＴＴＨＩＡＳ Ｋ. ＣＥＳＩＣ ｌｉｇｈｔ￣ｗｅｉｇｈｔ ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＳＰＩＥꎬ２００５ꎬ５８６８: ０７. [１３] ＷＩＬＬＩＡＭ Ａ.Ｔｈｅｒｍｏ￣ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｒｅｃｉ￣ ｓｉｏｎ Ｃ/ ＳｉＣ ｍｏｕｎｔｓ[Ｊ].ＳＰＩＥꎬ２００１ꎬ４４５１:４６８. [１４] 严春雷ꎬ刘荣军ꎬ曹英斌ꎬ等.超高温陶瓷基复合材 料制备工艺研究进展[Ｊ].宇航材料工艺ꎬ２０１２ꎬ４２(４):７－１１. [１５] 唐惠东ꎬ李龙珠ꎬ孙媛媛ꎬ等.ＳｉＣ 反射镜表面改性研 究进展[Ｊ].江苏陶瓷ꎬ ２０１１ꎬ４４(６):８－１２. [１６] 蒋芳ꎬ杨勇ꎬ黄政仁.反射镜用 ＳｉＣ 陶瓷表面改性涂 层的研究进展[Ｊ].机械工程材料ꎬ２０１２ꎬ３６(１２):１－４ꎬ９. [１７] 林栋.Ｓｉ / ＳｉＣ 光学涂层的制备与性能研究[Ｄ].国防 科技大学ꎬ２００９. [１８] 刘荣军ꎬ曹英斌ꎬ龙宪海ꎬ等.先驱体浸渍－裂解 ＳｉＣ 界面改性涂层对气相渗硅 ３Ｄ－Ｃｆ / ＳｉＣ 复合材料力学性能的影 响[Ｊ].复合材料学报ꎬ２０１６ꎬ３３. [１９] ＨＵＡＮＧ Ｌ ＭꎬＸＩＡＮＧ ＹꎬＣＡＯ Ｆꎬｅｔ ａｌ.Ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ＵＨＴＣｓ ｂａｓｅｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｃｏａｔｅｄ ＰＩＰ－Ｃ/ ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｙｃｌｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ [ Ｊ ]. Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｐａｒｔ Ｂꎬ ２０１６ (８６):１２６－１３４. [２０] 王静ꎬ曹英斌ꎬ刘荣军ꎬ等.Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 复合材料的反 应烧结法制备及应用进展[Ｊ].材料导报ꎬ２０１３ꎬ２７(３):２９－３３. [２１] 邹世钦ꎬ张长瑞ꎬ周新贵ꎬ等.碳纤维增强陶瓷基复 合材料抗氧化涂层研究进展[Ｊ].宇航材料工艺ꎬ２００３ꎬ３３(６): １６－２０ [２２] 张玉娣.Ｃ/ ＳｉＣ 复合材料反射镜坯体及过渡层的研 究[Ｄ].国防科技大学ꎬ２００５. 宇航材料工艺 ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ ２０１６ 年 第 ６ 期 — ６３ —