超低膨胀微晶玻璃——助力空天探测，实现关键材料自主可控

超低膨胀微晶玻璃是一类主晶相为β-石英固溶体、热膨胀系数接近零的微晶材料，其晶粒尺寸50 nm左右，热膨胀系数仅为金属的数千分之一，陶瓷或玻璃的数百分之一，是目前尺寸稳定性最好的材料。其特殊的微晶结构保证其低膨胀率的同时又有高透明性，同时还具有耐高温、耐热冲击等优异性能，常用于制作激光陀螺骨架、光学天文望远镜等高能观测设备的镜坯、高精度光栅、雷达天线罩、高温观察窗等。

激光陀螺是惯性导航的核心器件，广泛应用于飞机、火箭、卫星、舰船、导弹等运动载体的精确导航，在现代国防中起着非常重要的作用。超低膨胀微晶玻璃优异的尺寸稳定性，可将激光陀螺谐振腔体因温度变化带来的伸缩降到最低，从而保证激光陀螺精度不受环境温度影响，因此成为制造激光陀螺腔体不可替代的材料。超低膨胀微晶玻璃也是军用、资源探测、海洋探测等空间遥感相机反射镜的优选材料。空间反射镜相当于高分卫星的眼睛，起着收集远程光源信号和传输光源信号的作用，是保证高空卫星对地观测分辨率的首要因素，采用尺寸稳定性优异的超低膨胀微晶玻璃制造空间相机的反射镜，使得高分卫星在距地600 km的轨道可以清晰看到地面200 mm大小的物体。超低膨胀微晶玻璃还是天文望远镜镜坯的最佳材料。天文望远镜是观测天体、深空及临地轨道碎片的重要工具。2009年通过国家验收的4米级LAMOST天文望远镜镜坯，是采用61件1.1 m的六角形超低膨胀微晶玻璃制作而成的；正在建设的全世界最大的39米级极大天文望远镜项目，需要采用近千件米级超低膨胀微晶玻璃制作反射镜。

德国SCHOTT公司在超低膨胀微晶玻璃材料领域一直处于国际领先地位，其生产的ZERODUR零级产品的热膨胀系数可达(0±2)×10-8K-1，应力双折射低于6 nm/cm。由于技术难度大，我国长期以来一直依赖进口。20世纪80年代后期，在国家相关计划和需求牵引下，北京中材人工晶体研究院有限公司开始研发该材料，经过近20年的刻苦攻关，先后解决了高品质超低膨胀微晶玻璃系列关键技术，成功研发出性能达到国际先进水平的超低膨胀微晶玻璃，使我国在该领域成功跻身于世界先进行列。团队研发的零级和一级超低膨胀微晶玻璃产品满足了高精度激光陀螺的应用要求，成功实现稳定批量生产，打破激光陀螺用微晶玻璃长期依赖进口的局面。同时，研究团队还解决了大口径微晶玻璃关键制备技术，实现了1 m口径微晶玻璃的批量生产，产品成功应用于高分卫星，助力我国空间探测技术发展。

雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。研究团队在解决了1 m系列微晶玻璃批量生产技术后，目前开始2 m口径微晶玻璃的技术攻关，自主设计建造大型熔炉和大尺寸退火装备，预计2022年研制出2 m口径微晶玻璃，为我国高分卫星组网建设贡献更大力量。

图1 激光陀螺腔体

图2 空间相机用轻量化反射镜

图3 平面反射镜