Высокотеплопроводная карбидокремниевая керамика для крупногабаритной космической оптики

Описаны важные аспекты разработанной технологии изготовления карбидокремниевых подложек для оптических зеркал, предназначенных для перспективного использования в космических приложениях. Показано, что получен материал с лучшим сочетанием теплофизических и механических свойств (критерий Максутова) среди известных аналогов, применяемых при создании астрономических зеркал. Описаны характеристики изготовленной из него облегченной подложки зеркала диаметром 205 мм, проведено сравнение с параметрами большинства известных зеркал, изготовленных из карбида кремния для различных космических миссий и в качестве опытных образцов. Показано, что изготовленная подложка характеризуется низкой удельной массой – 16,5 кг/м2, что сопоставимо с показателями лучших мировых аналогов.

карбид кремния, оптическое зеркало, коэффициент теплопроводности, критерий Максутова

1. Fang, T. Missing matter foundin the cosmic web / T. Fang // Nature. – 2018. – Vol. 558, N 7710. – P. 375–376.https://doi.org/10.1038/d41586-018-05432-2

2. Савицкий, А. М. Вопросы конструирования облегченных главных зеркал космических телескопов / А. М. Савицкий, И. М. Соколов // Оптический журн. – 2009. – Т. 76, № 10. – С. 94–98.

3. Теребиж, В. Ю. Современные оптические телескопы / В. Ю. Теребиж. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 80 с.

4. Bely, P. The design and construction of large optical telescopes / P. Bely. – Springer Science & Business Media, 2006. – 505 p.

5. Choyke, W. J. SiC, a new material for mirrors. 1: High power lasers; 2: VUV applications / W. J. Choyke, R. F. Farich, R. A. Hoffman // Applied Optics. – 1976. – Vol. 15, N 9. – P. 2006–2007. https://doi.org/10.1364/ao.15.002006

6. Максутов, Д. Д. Изготовление и исследование астрономической оптики / Д. Д. Максутов – 2-е. изд. – М.: Наука, 1984. – 272 с.

7. Получение плотной реакционно-связанной керамики на основе карбида кремния / П. С. Гринчук [и др.] // Тепло- и массоперенос–2017: cборник научных трудов. – Минск: Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2018. – С. 56–68.

8. Effect of technological parameters on densification of reaction bonded Si/SiC ceramics / P. S. Grinchuk [et al.] // Journal of the European Ceramic Society. – 2018. – Vol. 38, N 15. – P. 4815–4823. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.07.014

9. Growth of Silicon Carbide Nanolayers on Contact of Porous Carbon with Molten Silicon / P. S. Grinchuk [et al.] // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2017. – Vol. 90, N 5. – P. 1102–1106. https://doi.org/10.1007/s10891-017-1663-1

10. Multistage Technology for Production of Reaction-Sintered Dense Silicon Carbide (Invited Lecture) / P. S. Grinchuk [et al.] // International Symposium on Innovation in Materials Processing. ISIMP 2017. Phoenix Jeju/Korea, 2017. – P. 11–12.

11. Synthesis of reaction-sintered silicon carbide ceramics by a two-stage siliconizing method / H. M. Abuhimd [et al.] // 15th Conference & Exhibition of the European Ceramic Society ECerS 2017, July 9–13, 2017. – Budapest, 2017. – P. 125.

12. Pyrolysis of various carbon precursors inside of porous silicon carbide matrix for reaction-sintered SiC substrates / H. M. Abuhimd [et al.] // European Advanced Materials Congress EAMC-2017. – Stockholm; Helsinki, 2017.

13. Formation of the Silicon Carbide Nanographite Ceramic Matrix Composite / P. S. Grinchuk, [et al.] // The 15th International Symposium on Novel and Nano Materials. ISNNM-2018. – Lisbon, 2018. – P. 252.

14. Fabrication and test of reaction bond silicon carbide for optical applications / Wang Yao [et al.] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2006. – Vol. 16, N 2. – P. 409–413. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(06)60070-8

15. Cho, T. Y. Effect of grain growth on the thermal conductivity of liquid-phase sintered silicon carbide ceramics / T. Y. Cho, Y. W. Kim // Journal of the European Ceramic Society. – 2017. – Vol. 37, N 11. – P. 3475–3481. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.04.050

16. Monolithic nanocrystalline SiC ceramics / B. Matovic [et al.] // Journal of the European Ceramic Society. – 2016. – Vol. 36, N 12. – P. 3005–3010. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2015.10.031

17. Синтез карбида кремния в электротермическом реакторе с кипящим слоем углеродных частиц / В. А. Бородуля [и др.] // Горение и плазмохимия. – 2015. – Т. 13, № 2. – С. 92–102.

18. Evaluation of SiC-porcelain ceramics as the material for monolithic catalyst supports / O. Smorygo [et al.] // Journal of Advanced Ceramics. – 2014. – Vol. 3, N 3. – P. 230–239. https://doi.org/10.1007/s40145-014-0114-0

19. Ковалевский, В. Н. Структурообразование карбидокремниевой матрицы при создании композиции алмаз-карбид кремния / В. Н. Ковалевский // Огнеупоры и техническая керамика. – 2005. – № 5. – С. 8–14.

20. Влияние режимов получения реакционно-спеченной керамики на ее структуру и свойства / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Докл. НАН Беларуси. – 2017. – Т. 61, № 3. – С. 108–115.

21. Оптические зеркала из композиционных материалов керамика-стекло. Физико-механические и функциональные свойства / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка. Материалы 13-й междунар. науч.-техн. конф. – Минск, 2018. – С. 38–41.

22. Bougoin, M. From Herschel to Gaia: 3-meter class SiC space optics / M. Bougoin, J. Lavenac // Optical Manufacturing and Testing IX: International Society for Optics and Photonics. – 2011. – Vol. 8126. – P. 81260V.

23. Tsuno, K. Reaction-sintered silicon carbide: newly developed material for lightweight mirrors / K. Tsuno // 5th International Conference on Space Optics: Proc. of SPIE. – Toulouse, 2004. – Vol. 10568. – P. F-2–F-6.

24. Design and finite element analysis of Φ510mm SiC ultra-lightweight mirror / Y. Y. Zhang [et al.] // Optics and Precision Engineering. – 2012. – Vol. 20, No 8. – P. 1718-1724. https://doi.org/10.3788/ope.20122008.1718