超低膨脹微晶玻璃
——助力空天探測，實現關鍵材料自主可控

超低膨脹微晶玻璃是一類主晶相為β-石英固溶體、熱膨脹系數接近零的微晶材料，其晶粒尺寸50 nm左右，熱膨脹系數僅為金屬的數千分之一，陶瓷或玻璃的數百分之一，是目前尺寸穩定性最好的材料。其特殊的微晶結構保證其低膨脹率的同時又有高透明性，同時還具有耐高溫、耐熱沖擊等優異性能，常用于制作激光陀螺骨架、光學天文望遠鏡等高能觀測設備的鏡坯、高精度光柵、雷達天線罩、高溫觀察窗等。

激光陀螺是慣性導航的核心器件，廣泛應用于飛機、火箭、衛星、艦船、導彈等運動載體的精確導航，在現代國防中起著非常重要的作用。超低膨脹微晶玻璃優異的尺寸穩定性，可將激光陀螺諧振腔體因溫度變化帶來的伸縮降到最低，從而保證激光陀螺精度不受環境溫度影響，因此成為制造激光陀螺腔體不可替代的材料。超低膨脹微晶玻璃也是軍用、資源探測、海洋探測等空間遙感相機反射鏡的優選材料。空間反射鏡相當于高分衛星的眼睛，起著收集遠程光源信號和傳輸光源信號的作用，是保證高空衛星對地觀測分辨率的首要因素，采用尺寸穩定性優異的超低膨脹微晶玻璃制造空間相機的反射鏡，使得高分衛星在距地600 km的軌道可以清晰看到地面200 mm大小的物體。超低膨脹微晶玻璃還是天文望遠鏡鏡坯的最佳材料。天文望遠鏡是觀測天體、深空及臨地軌道碎片的重要工具。2009年通過國家驗收的4米級LAMOST天文望遠鏡鏡坯，是采用61件1.1 m的六角形超低膨脹微晶玻璃制作而成的；正在建設的全世界最大的39米級極大天文望遠鏡項目，需要采用近千件米級超低膨脹微晶玻璃制作反射鏡。

德國SCHOTT公司在超低膨脹微晶玻璃材料領域一直處于國際領先地位，其生產的ZERODUR零級產品的熱膨脹系數可達(0±2)×10-8K-1，應力雙折射低于6 nm/cm。由于技術難度大，我國長期以來一直依賴進口。20世紀80年代后期，在國家相關計劃和需求牽引下，北京中材人工晶體研究院有限公司開始研發該材料，經過近20年的刻苦攻關，先后解決了高品質超低膨脹微晶玻璃系列關鍵技術，成功研發出性能達到國際先進水平的超低膨脹微晶玻璃，使我國在該領域成功躋身于世界先進行列。團隊研發的零級和一級超低膨脹微晶玻璃產品滿足了高精度激光陀螺的應用要求，成功實現穩定批量生產，打破激光陀螺用微晶玻璃長期依賴進口的局面。同時，研究團隊還解決了大口徑微晶玻璃關鍵制備技術，實現了1 m口徑微晶玻璃的批量生產，產品成功應用于高分衛星，助力我國空間探測技術發展。

雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越。研究團隊在解決了1 m系列微晶玻璃批量生產技術后，目前開始2 m口徑微晶玻璃的技術攻關，自主設計建造大型熔爐和大尺寸退火裝備，預計2022年研制出2 m口徑微晶玻璃，為我國高分衛星組網建設貢獻更大力量。

圖1 激光陀螺腔體

圖2 空間相機用輕量化反射鏡

圖3 平面反射鏡