文编|小眉

中国在碳化硅反射镜领域已一骑绝尘，连美国也望尘莫及，这离不开科学家们的精心钻研。

2026年4月13日，中科院长春光机所张舸研究员团队创新提出“石墨/碳化硅复合粉末增材制造方法”，将碳化硅含量提升18.18%并实现高精度镜体制备，标志着大口径技术反超美国，小口径精度逼近日本。

碳化硅反射镜是高精尖科技不可或缺的核心部件，从卫星侦察到导弹制导，从极紫外光刻机到深空天文望远镜，几乎所有需要“看得远、看得清”的尖端装备，都离不开这块看似普通的镜面。

它的作用类似于人类眼睛的晶状体，但要求苛刻得多，必须足够轻，以便发射上天；必须足够硬，以承受剧烈温差和振动；必须热变形极小，保证成像不失真；还必须能够加工到近乎完美的面形精度。

在众多候选材料中，碳化硅凭借其高比刚度、高导热、低热膨胀系数和优异的各向同性，成为大口径光学系统公认的“黄金标准”。

然而，碳化硅属于极难加工的硬脆材料，如何制造出大尺寸、高均匀性、高精度的反射镜体，一直是困扰全球光学制造业几十年的难题。

长期以来，全球碳化硅反射镜市场由中、美、日三国主导，但三国技术路线差异明显，也各自卡在了不同的瓶颈上。

日本凭借精细的陶瓷加工传统，专注于1米以下的小口径反射镜，通过化学气相沉积和反应烧结等工艺，日本厂商能将小口径镜面的面形精度做到惊人的0.1纳米，几乎达到原子级别的平整度。

这种极致精度，使得日本在医疗内窥镜、半导体光刻机物镜系统等小尺寸光学元件领域占据绝对优势。

然而，日本技术存在一个致命的尺寸瓶颈：一旦反射镜口径超过2米，其制备工艺中的应力控制和均匀性难题便会急剧放大，精度会从亚纳米级别暴跌至60纳米以上。

对于需要大口径集光能力的空间望远镜和侦察卫星而言，60纳米的面形误差会导致成像模糊、对比度下降，完全无法满足实际需求。

美国则走上了另一条路，以美国国家航空航天局和几家军工巨头为代表，美国长期采用传统粉末烧结加拼接的技术路线。

他们先将碳化硅粉末压制烧结成较小的镜片单元，再通过精密装配将这些单元拼接成大口径反射镜。

这种做法的最大好处是避免了单体制备的尺寸极限，美国用拼接法造出过最大等效口径3.89米的反射镜。

但拼接结构先天存在接缝，每块子镜之间的相对位置会随温度变化和机械振动而发生微小漂移，必须依赖复杂的主动光学系统持续校正。

这不仅增加了系统的重量、功耗和故障风险，还导致整体面形精度长期停留在10至30纳米之间，成像质量远不如同口径的整体镜。

更关键的是，过去十多年间，美国在这一领域的基础研究投入持续缩减，相关人才队伍老化严重，新一代年轻科研人员纷纷转向更热门的半导体和人工智能领域。

美国碳化硅反射镜技术几乎陷入停滞，既没有突破拼接结构的先天缺陷，也没有实现2米以上单体制备的产业化。

中国走出了一条截然不同的技术路线，整体成型，早在本世纪初，长春光机所的科学家们就意识到，拼接法只能治标不能治本，真正的出路在于直接制造出大口径、高精度的单体碳化硅反射镜。

这条路极为艰难：碳化硅熔点高达2700℃以上，无法像玻璃一样熔融浇铸；烧结过程中收缩率高达20%左右，极难控制最终尺寸和形状。

经过近二十年的持续攻关，长春光机所在2018年取得了历史性突破，成功研制出直径4.03米的全球最大单体碳化硅反射镜，面形精度达到10至30纳米。

这块“中华神镜”的诞生，彻底打破了美国、法国等少数国家在大口径反射镜领域的技术封锁。

此后，该成果已成功应用于火星探测高分辨率相机、载人航天工程空间站巡天望远镜等50多项国家重大工程，为中国深空探测和高分辨率对地观测装上了真正的“中国眼”。

但中国科研团队没有就此止步，张舸研究员团队此次提出的“石墨/碳化硅复合粉末增材制造方法”，是在整体成型技术基础上的又一次颠覆性创新。

传统碳化硅增材制造面临两大顽疾：一是碳化硅颗粒流动性差，导致粉末铺展不均匀，打印出的镜坯内部容易出现孔洞和裂纹，二是反应烧结过程中游离硅的物相难以调控，过多的游离硅会降低镜体的力学性能和热稳定性。

张舸团队的巧妙之处在于，他们在碳化硅粉末中引入了石墨作为多功能添加剂，石墨具有良好的自润滑性和导热性，能够显著改善粉末混合物的流动性，使增材制造过程中的铺粉更加均匀致密。

同时，在高温反应烧结阶段，石墨会与多余的游离硅发生原位反应，生成额外的碳化硅，从而将最终镜坯中的碳化硅含量大幅提升18.18%，这意味着镜体更致密、更坚硬、热变形更小。

由此，中国在大口径反射镜领域继续保持世界第一的同时，在小口径精度方面也迅速逼近日本最尖端水平。

以往，日本凭借0.1纳米精度在小口径领域独步天下，但那通常是对几厘米到几十厘米尺寸的镜面而言。

而中国在2.2米口径上就实现了0.7纳米，如果按比例推算，相同口径下中国的精度已经超越日本同行的记录。

美国则被彻底甩在了身后，无论是整体成型能力、单体尺寸还是面形精度，中国都已实现对美国的反超，全球碳化硅反射镜的技术格局正在被重新书写，而书写者手中的笔，来自中国长春。

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