轻量化碳化硅反射镜镜坯编制说明.doc

1、团体标准T/SAS 2019 轻量化碳化硅反射镜镜坯lightweight silicon carbide mirror body （草稿编制说明）“轻量化碳化硅反射镜镜坯”标准制定工作组轻量化碳化硅反射镜镜坯（一）工作简况，包括任务来源、主要工作过程、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作等。根据上海市标准化协会下达的团体标准制修订计划的通知，由中国科学院上海硅酸盐研究所作为第一起草单位联合中国建筑材料科学研究总院（中国建材总院）、北京空间机电研究所（508所）、中国科学院上海技术物理研究所（上海技物所）、中国科学院西安光学精密机械研究所（西安光机所）、中国科学院上海光学精密机械研究所（上海光机所）、中国科学院合肥物质科学研究院、中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所等单位，负责轻量化碳化硅反射镜镜坯标准的起草制定工作,项目类别为“产品标准制定”。接到团体标准制定计划通知后，中国科学院上海硅酸盐研究所与上述参与单位联合成立了轻量化碳化硅反射镜镜坯标准制定工作组，并随即召开了第一次工作讨论会，会议确定了标准的制定原则、制定方案、工作计划及各成员单位的主要分工，具体如下：上海硅酸盐研

2、究所负责本标准的起草、实验过程的设计、数据统计处理及材料性能指标实验验证等工作，中国建材总院负责反应烧结轻量化碳化硅反射镜镜坯产品的研制，508所、上海技物所、西安光机所、上海光机所、中国科学院合肥物质科学研究院等中国科学院负责反射镜镜坯的考核试验、反射镜材料发展与应用现状调研等工作，南京天光所负责反射镜镜坯的加工工作。标准制定起草工作正式启动后，工作组全面调研了国内外碳化硅材料、尤其是反射镜用碳化硅陶瓷材料的研发现状、国外相关研究单位、生产厂家的样品指标和性能。同时，对国内外航空航天用反射镜镜坯材料的性能要求、应用状况等进行了调研，并开展了产品样品的性能验证等工作。调研、检索结果表明：由于技术保密等原因，目前国际上尚无这类材料统一的性能指标和检测规范标准，目前仅能搜索到一项机械行业标准“JB-T6374-2006机械密封用碳化硅密封环技术条件”，其中涉及到反射镜用反应烧结碳化硅材料、固相烧结碳化硅材料的物理性能技术指标。但在航天航空用轻量化碳化硅反射镜镜坯的实际使用过程中，由于特殊的成像质量要求，除优异的机械性能外，对碳化硅材料具有特殊性能要求，如表面质量、热性能、尺寸公差、轻量化率

3、、材料内部缺陷和应用可靠性方面等，目前尚无这方面的规范或标准，这一现状在很大程度上制约着该类材料、产品的行业推广应用。因此，开展、建立轻量化碳化硅反射镜镜坯的团体标准，有利于规范该类产品的生产和质量控制，提高产品的质量和可靠性，在国防建设和经济建设中具有重要意义。在广泛、深入调研的基础上，工作组通过对调研结果的收集、整理和比对分析研究，确定了轻量化碳化硅反射镜镜坯的主要性能指标和检测方法，并按GB1.1标准化工作导则 第一部分：标准的结构与编写的要求起草了轻量化碳化硅反射镜镜坯团体标准征求意见稿（初稿）。（二）标准编制原则和主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等）的论据，解决的主要问题。修订标准时应列出与原标准的主要差异和水平对比1标准编制的原则本标准制定的原则是保持标准的科学性和适用性，各项技术指标达到国际先进水平。建立一套简便、有效、准确的航天航空光学系统用轻量化碳化硅反射镜镜坯质量检测和评价方法，使同行工作数据具有可比性，为航天航空用轻量化碳化硅反射镜镜坯产品的质量控制、研发和技术标准做出贡献，促进该产品的广泛实用化，推动国内相关行业的产业升级。2本标准

4、制定的主要内容说明由于技术保密等原因，目前国际上尚无航天航空用轻量化碳化硅反射镜镜坯统一的性能指标和检测规范标准。本标准主要依据国内相关行业单位多年来在高性能航天航空用轻量化碳化硅反射镜镜坯的实际研究、生产、应用过程中，满足应用需求的轻量化碳化硅反射镜镜坯的性能指标、国内外知名轻量化碳化硅反射镜镜坯生产厂家的材料性能指标来制定本标准的技术指标，并通过与行业内兄弟企业和用户之间的充分交流，编制了此行业标准。本标准首先从高性能轻量化碳化硅反射镜镜坯的应用对其性能质量要求出发，对高性能轻量化碳化硅反射镜镜坯满足应用需求的外观质量、基本物理性能、热学性能、内部缺陷对力学性能影响等进行了系统的研究与调研。在此基础上确定了航天航空用轻量化碳化硅反射镜镜坯的性能指标参数和检测方法。2.1产品分类与标记产品分类与标记包括产品分类、名称、产品使用标准、直径（或长度和宽度）和厚度等常规信息。而对于本标准之外的特殊要求，本标准不作具体的规定，由供需双方协商规定。2.2产品外观质量 碳化硅陶瓷材料在室温下甚至在更高的温度范围很难产生塑性变形，其断裂方式为脆性断裂，对裂纹敏感性很强，有裂纹的反射镜镜坯产品易开裂

5、，无法安装使用。 因此，镜坯的表面应无裂纹。轻量化碳化硅反射镜主要用于航天航空光学相机中的光学成像系统，对其性能的稳定性和表面质量（包括加工表面、非加工表面等）有更高的要求；尤其是反射面麻点（包括气孔）、崩边、起泡、起皮等缺陷都会影响其成像质量。而气孔等是绝大多数陶瓷的主要组织缺陷之一，能明显的降低陶瓷材料的强度，同时大气孔的存在会明显影响碳化硅反射镜镜坯的成像性能。但陶瓷材料的研制过程很难完全避免气孔或凹坑。二者相权衡，本标准中为保证反射镜镜坯使用寿命及良好的成像性能，应对轻量化碳化硅反射镜反射面气孔/凹坑的尺寸与数量进行控制。经过充分调研国内外相关文献和实际测量国内外相关产品，征询了国内相关碳化硅反射镜镜坯生产厂家、加工单位与用户的意见，确定了航空航天用轻量化碳化硅的反射面无直径0.3 mm、深度0.2 mm的凹坑，无长度5 mm、深度3 mm的崩边。2.3 产品尺寸公差 碳化硅反射镜镜坯研制、生产与加工过程发现，产品的尺寸（包括加工尺寸、非加工尺寸、反射面等）控制非常重要，且产品尺寸越大其加工难度越大，对镜坯尺寸公差的要求越高，以满足后期的反射镜光学加工和应用装夹要求。主要参考依

6、据为用户单位提出的技术要求及相关反射镜镜坯生产单位内部质量规定。相关的型号应用结果表明，采用本标准规定的尺寸公差标准的反射镜镜坯产品，其面形质量和装配精度达到国际先进水平。2.4 轻量化碳化硅反射镜镜坯材料的基本物理性能指标与测试方法航空航天用轻量化碳化硅反射镜镜坯材料的基本性能技术指标包括体积密度、弯曲强度、断裂韧性、洛氏硬度、泊松比、弹性模量、线膨胀系数、导热系数等，上述性能指标的测试方法均按照现有的国家测试标准及国际标准来测试与计量。 通过对国内外知名碳化硅生产企业的碳化硅产品性能指标的调研与采集，并结合实际工程应用的试验结果，本标准制定了相关的技术指标参数。由于航空航天的特殊应用需求，和JB/T 6374-2006相比，常压烧结碳化硅材料的致密度提高，以期提高材料的性能，减少反射面的气孔数量。断裂韧性是陶瓷密封材料抗脆性破坏的重要性能指标。在工程应用中，即使在较低的应力下、长时间作用也可能使陶瓷制品发生断裂。因此，和JB/T 6374-2006相比，本标准制定工作组新增了评价陶瓷材料力学性能的重要指标断裂韧性。常有测试方法有两种：单边切口梁法（SENB法）与压痕法（IF法），其

7、中SENB法比较适合粗晶陶瓷，测细晶陶瓷时测量结果往往偏高，且IF法制样简单，且操作方便，因此IF法在陶瓷材料的断裂韧性测试中广为应用，故本标准采用IF方法进行轻量化碳化硅反射镜镜坯材料的断裂韧性检测。经过充分调研国内外相关文献和实际测量国内外相关产品，征询了国内相关碳化硅反射镜镜坯生产厂家的意见，并结合实际应用需求，确定了断裂韧性值。遥感成像的特殊要求，要求反射镜镜坯具有非常优异的面形稳定性，从而保证成像质量和精度，而反射镜镜坯的温度变化会引起面形的变化，为保证反射镜镜坯的面形精度，本标准和JB/T 6374-2006中相比，材料的热导率性能指标大幅提升。2.5 轻量化碳化硅反射镜镜坯的轻量化率性能技术指标及检测方法研究表明：航天飞行器对于载重极其敏感，通常1公斤发射材料便意味着2万3万美元的发展成本，反射镜镜坯材料由熔石英或微晶玻璃材料逐步发展到现在的碳化硅材料，主要是由于碳化硅材料高的比高度使其可以进行轻量化结构剪裁，和微晶玻璃相比可以大大的降低镜坯的质量。因此，本标准规定了轻量化碳化硅镜坯产品的轻量化率的技术指标范围和检测方法。2.6 产品出厂检验及标志、包装、运输、储存标准制

8、定航天航空用轻量化碳化硅反射镜镜坯产品的出厂检验及标志、包装、运输、储存等，保证了产品的规范性。（三）主要试验（或验证）情况分析为了验证轻量化碳化硅反射镜镜坯团体标准中相关数据和测试方法的科学性和适宜性，本标准制定工作组广泛查阅了其他相关厂家和研究机构编制的相关标准、文献资料，抽取了具有代表性的不同厂商生产的5个批次、共2个产品，并按照本标准的规定进行外观质量与尺寸公差的检验和测试，并对测试的相关数据进行了分析和整理。针对航天航空用轻量化碳化硅反射镜镜坯的特点和应用情况，主要开展了以下相关验证试验：1) 轻量化碳化硅反射镜镜坯产品外观质量与尺寸公差的有效性与合理性；2) 轻量化碳化硅反射镜镜坯材料的基本物理性能技术指标范围的合理性与有效性；3) 轻量化碳化硅反射镜镜坯的轻量化率的技术指标范围、检测方法与检验规则的合理性与有效性；4) 轻量化碳化硅反射镜镜坯材料的内部缺陷尺寸与力学性能的相互影响关系；5) 轻量化碳化硅反射镜镜坯材料和产品的内部缺陷的技术指标，以及无损检验方法与检测规则的合理性与有效性。相关测试结果表明，绝大部分样品的性能能够达到本标准规定的要求。由此可见，轻量化碳化硅反

9、射镜镜坯团体标准中所确定的各项技术要求和测试方法是合理的，标准所确定的指标是适宜的，作为行业标准的依据也是可行的。（四）标准中如果涉及专利，应有明确的知识产权说明本标准涉及碳化硅反射镜相关国防专利7篇，具体发明人、名称与申请号如下：1) 江东亮，黄政仁，陈忠明，谭寿洪，林庆玲，刘学建，刘岩，姚秀敏，杨金晶：常压烧结及其制备方法，GF专利，ZL 200810077877.52) 黄政仁，刘学建，刘岩，杨金晶，姚秀敏，谭寿洪，江东亮：轻量化JP用碳化硅粉体的预处理方法，GF专利，ZL 200810077871.83) 陈忠明，黄政仁，刘学建，刘岩，杨金晶，袁明，闫永杰，江东亮：大口径碳化硅轻量化结构成形技术，GF专利，ZL 2008100077875.64) 黄政仁，刘学建，陈忠明，杨勇，刘桂玲，刘岩，袁明，陈健，江东亮：激光系统用及其制备方法，GF专利，ZL 200910123911.25) 黄政仁，陈忠明，刘学建，姚秀敏，闫永杰，袁明，杨金晶，江东亮：反应烧结及其制备方法，GF专利，ZL 200910123912.76) 黄政仁，袁明，刘学建，陈忠明，姚秀敏，刘岩，闫永杰，杨金晶，陈健，刘桂玲，江东亮：直接模压成型制备方法，GF专利，ZL 200910123906.17) 张景贤，江东亮，林庆玲，陈忠明，刘学建，黄政仁：凝胶注模成型制备方法，GF专利，ZL 200910123905.7（五）产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果等情况轻量化反射镜是航天/航空遥感、天文光学、深空探测和高能激光等空间光学成像系统的核心元件，反射镜性能对光学系统的分辨率、灵敏度等指标起决定性作用。反射镜镜坯是制备反射镜的基础材料，反射镜镜坯经过研磨、抛光和镀膜等后加工而成反射镜。过去，空间轻量化反射镜主要采用熔石英或微晶玻璃材料。相比之下，碳化硅陶瓷材料具有高热导、高比刚度、耐

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