中國粉體網(wǎng)訊  據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯了解，近日發(fā)布的2020年度中國科學十大進展中，“嫦娥五號首次實現(xiàn)月面自動采樣返回”入選。作為中國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，嫦娥五號首次完成了地外天體采樣與封裝、首次地外天體表面起飛、首次月地入射并攜帶月球樣品高速再入返回地球等中國航天史上多個重大技術(shù)突破，最終實現(xiàn)了中國首次地外天體采樣返回，是中國航天向前邁進的一大步。

據(jù)中國建材報報道，嫦娥五號配套的耐輻照濾紫外石英玻璃、高純耐輻照石英玻璃及以該技術(shù)開發(fā)的光掩膜石英玻璃，都是中國建材總院開發(fā)生產(chǎn)的。作為航天系統(tǒng)的光學石英玻璃供應(yīng)商，中國建材總院基于石英玻璃高光學透過、耐受高能激光輻照、超低吸收、近零膨脹等優(yōu)良性能，成功開發(fā)出6英寸以上光刻用石英玻璃鏡頭及光掩膜基板等系列產(chǎn)品，并在浙江衢州建立了高純合成石英玻璃研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化基地。

光掩膜石英玻璃（左）、耐輻照濾紫外石英玻璃（右上）、高純石英玻璃（右下）
（圖片來源：中國建材報）

據(jù)聶蘭艦博士介紹，石英玻璃是由二氧化硅單一組分構(gòu)成的特種工業(yè)技術(shù)玻璃，具有一系列特殊的物理和化學性能，并被新材料領(lǐng)域?qū)＜易u為“玻璃之王”。其優(yōu)點如下：

1）極佳的光譜特性，從紫外到紅外極寬的光譜范圍內(nèi)的光學透過能力（Ｔ_157-4000nm≥80％），尤其在紫外和深紫外光譜范圍內(nèi)的透過性能是一般光學玻璃所不具備的；

2）優(yōu)良的耐高溫性能，其軟化點與白金的熔點相近，熱膨脹系數(shù)極�。�5.5×10^-7/℃），僅為陶瓷的1/6和普通玻璃的1/20；

3）高介電場強度，低介電損失和極低的導(dǎo)電性，是極好的絕緣材料；

4）較高的純度，人工合成石英玻璃的金屬離子總含量可控制在1×10^-6以內(nèi)；

5）經(jīng)過摻雜的石英玻璃具有其他特殊性能，如：光譜特性和超低膨脹系數(shù)等。

石英玻璃現(xiàn)已成為近代科學技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要材料，在航空航天、激光核技術(shù)、半導(dǎo)體集成電路、光電器件和精密儀器等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，主要作為精密光學系統(tǒng)透鏡、反射鏡、棱鏡和窗口等的材料，其性能直接制約著相關(guān)裝備的分辨率、精度、穩(wěn)定性和可靠性等性能。

然而，由于其應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，國外超純石英玻璃相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品對中國實行完全封鎖。據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯的了解，傳統(tǒng)的光學石英玻璃制備工藝有電熔、氣煉、化學氣相沉積（CVD）、等離子化學氣相沉積（PCVD）、間接合成法和溶膠-凝膠法等。

其中，電熔和氣煉工藝均是以高純石英砂為原料，經(jīng)過1800℃以上高溫熔制成石英玻璃，由于原料純度和熔制工藝自身的局限，所制備的石英玻璃純度較低、紫外透過率差，而且存在較多氣泡、雜點等缺陷，嚴重影響其光學性能，無法滿足高端光電技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。溶膠－凝膠法制備石英玻璃塊體時，坯體易開裂，有機原料引入的殘余碳導(dǎo)致玻璃在熔制過程易產(chǎn)生黑斑和氣泡，而且反應(yīng)時間較長，不利于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

CVD制備的合成石英玻璃（國內(nèi)牌號為JGS1），具有金屬雜質(zhì)含量低（＜2×10-⁶）、遠紫外透過率高（Ｔ_190-2000nm≥85％）、光學均勻性高（優(yōu)于2×10^-6）等特性；但其羥基含量高達1000×10^-6，在2.73μｍ處存在較大的吸收峰，影響其紅外光學性能。此類合成石英玻璃廣泛應(yīng)用于航天、激光核技術(shù)、集成電路和精密儀器等領(lǐng)域。迄今，國際上僅有美國康寧公司（Corning）、德國賀利氏石英公司（Heraeus）等幾大公司具備批量生產(chǎn)大尺寸、高性能光學石英玻璃的CVD工藝技術(shù)。

PCVD工藝是指采用高純SiCl₄為原料，以高頻等離子體火焰代替氫氧火焰氣相合成石英玻璃。PCVD工藝制備的石英玻璃的金屬雜質(zhì)和羥基含量低，具備優(yōu)良的紫外-紅外光譜透過性能、穩(wěn)定的折射率以及良好的結(jié)構(gòu)均勻性等特性，并且無氣泡和雜點等缺陷，廣泛用作各類光學透鏡和高穩(wěn)定性慣導(dǎo)器件的基材，如太陽器模擬、紅外跟蹤系統(tǒng)、紫外-可見-紅外分光器等光學組件和光波導(dǎo)用石英光纖等。

在技術(shù)與市場的雙重驅(qū)動下，2003年起，中國建材總院開始研發(fā)利用等離子體化學氣相沉積技術(shù)制備超純石英玻璃，其透過光譜范圍極寬（近紫外-可見-近紅外透過率＞90%）、微觀雜質(zhì)極少（OH＜2ppm，金屬雜質(zhì)＜1ppm），并成功開發(fā)出大功率（200kW）等離子體化學氣相沉積設(shè)備，形成了國內(nèi)唯一的年產(chǎn)200kg超純石英玻璃的生產(chǎn)線，填補了國內(nèi)空白，打破了國外壟斷。

等離子化學氣相沉積石英玻璃工藝示意圖
（來源：高性能光學合成石英玻璃的制備和應(yīng)用，聶蘭艦等）

據(jù)中國建材總院官網(wǎng)顯示，其在我國功能玻璃與特種玻璃材料領(lǐng)域開創(chuàng)了多個第一。60年來，先后開拓了航空玻璃、石英玻璃、玻璃纖維、功能玻璃、功能薄膜等研究領(lǐng)域，研制成功了我國第一塊航空玻璃、第一塊石英玻璃、第一根玻璃纖維、第一根通訊光纖、第一片夜視用光纖面板、第一片實芯法微通道板等等。

通過幾代科研工作者的不懈努力，中國建材總院已成為我國特種玻璃領(lǐng)域，集新品研制、技術(shù)集成、裝備開發(fā)、標準制訂、性能檢測于一身的綜合實力最強的研究單位，在特種玻璃材料領(lǐng)域共榮獲國家科技進步獎52項，部級獎111項，獲專利授權(quán)78項，為建立和完善我國特種玻璃材料領(lǐng)域的科技創(chuàng)新體系、推動我國特種玻璃材料領(lǐng)域的科技進步作出了重要貢獻。

資料來源：

聶蘭艦，等：高性能光學合成石英玻璃的制備和應(yīng)用；光學精密工程

宋學富：超純石英玻璃成套技術(shù)與裝備；中國建材

中國建材總院官網(wǎng)、中國建材報、中新網(wǎng)等。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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