科研成果｜长春光机所在碳化硅光学反射镜增材制造技术方面取得新进展

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近期，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造全国重点实验室张舸研究员团队和中国科学院空间应用工程与技术中心王功研究员团队合作在《Light: Advanced Manufacturing》发表了题为“Binder Jetting Additive Manufacturing of High-Performance Silicon Carbide Optical Mirrors via graphite addition method”的研究论文。论文通讯作者为张舸研究员，论文第一作者为李伟助理研究员。

相比于传统成型技术，增材制造技术具有制备周期短、成本低等特点，为碳化硅反射镜的研制带来颠覆性技术变革。然而，碳化硅颗粒通常呈现棱角状或板条状形貌，颗粒间摩擦力大，难以实现紧密堆积，导致反射镜的物相组成中碳化硅含量低，严重制约其使役性能。

针对这一问题，长春光机所张舸研究员团队创新提出石墨/碳化硅复合粉末增材制造方法。一方面，石墨具有层状晶体结构，是一种常见的固体润滑材料。另一方面，石墨还能作为反应物促进游离硅转化为次生碳化硅。因此，本研究巧妙的发挥了石墨在增材制造碳化硅陶瓷中的双重积极作用，突破了增材制造过程中碳化硅颗粒流动性差与游离硅物相调控难的双重瓶颈。

图1：粘结剂喷射成型技术示意图

图2：碳化硅显微组织结构演化示意图

实验结果表明，该方法可使碳化硅含量提升18.18%(46.36%→64.54%)，并实现全链路尺寸变形量低于0.5%的直径220 mm拓扑结构碳化硅镜体研制，经加工后光学表面面形精度优于λ/50 RMS(λ=632.8 nm)，粗糙度为0.772 nm。

图3：反射镜光学性能分析

本研究创新性提出复合粉体组分设计与碳源前驱体浸渍裂解相协同调控技术，成功验证了粘结剂喷射成型增材制造技术在制备碳化硅光学反射镜方面的可行性，实现了对反射镜结构与性能的精准调控，为复杂构型光学反射镜的制备提供了重要理论指导。该技术的突破显著提升了碳化硅反射镜在精度控制、轻量化设计与功能集成等方面的综合能力，为其在高性能光学系统、高灵敏度探测、高能X射线反射镜等前沿领域的广泛应用奠定了关键基础，具有重要的科研价值与工程应用前景。

原文链接：

Wei Li, Congcong Cui, Ge Zhang, Tingting Zhao, Conghui Guo, Gong Wang. Binder jetting additive manufacturing of high-performance silicon carbide optical mirrors via graphite addition method[J]. Light: Advanced Manufacturing 7, 25(2026).

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