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    耐輻照石英玻璃再一次踏上了太空之旅

    來源:豐采網(wǎng)??作者:豐采網(wǎng) ??2023-01-04 閱讀:746

      

    2022年11月底,伴隨著神舟十五號升空,耐輻照石英玻璃又一次踏上了太空之旅。

      乍眼一看,耐輻照石英玻璃和普通光學(xué)玻璃并沒有什么分別。但在宇宙射線照射下,普通光學(xué)玻璃會變黑,而耐輻照石英玻璃依舊透明純凈,能為

    航天器透過重要的光信號。

      “航天器靠光信號的變化來調(diào)整運(yùn)行姿態(tài),耐輻照石英玻璃就像航天器的眼睛,確保航天器在茫茫宇宙中不會迷失方向。”中國建筑材料科學(xué)研究

    總院有限公司(以下簡稱中國建材總院)北京分公司副總經(jīng)理、總工程師向在奎日前告訴科技日報(bào)記者。

      面向國家深空探測需求,老中青三代科技工作者攻堅(jiān)克難三十載,研制耐輻照石英玻璃,使其“從無到有”“從有到強(qiáng)”,助力中國航天器遨游宇

    宙、邁向深空。

      解決“不可能解決”的矛盾

      1987年,航天領(lǐng)域相關(guān)單位找到中國建材總院,提出需要一款經(jīng)宇宙射線輻照不變黑并能過濾紫外線的特殊石英玻璃。時(shí)任中國建材總院國家石英

    玻璃質(zhì)監(jiān)中心主任的顧真安,接下了這塊難啃的“硬骨頭”。

      “當(dāng)時(shí),耐輻照石英玻璃需要解決的是一個(gè)‘不可能解決’的矛盾。”講起這段往事,向在奎解釋說,“石英玻璃需要摻雜特定元素以加強(qiáng)玻璃的性

    能,達(dá)到濾紫外線的目的;而耐輻照又需要玻璃具有極高的純度,盡量不要有雜質(zhì)。”

      曾任顧真安副手的陳文彩如今已85歲高齡了。她回憶,當(dāng)時(shí),大家也不相信能解決這個(gè)矛盾。“但顧真安覺得,外國人能做出來,我們就一定做得出

    來。”

      接到任務(wù)后,顧真安和陳文彩一頭鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研究所需元素性能,下“笨功夫”不斷實(shí)驗(yàn)。

      “玻璃配方是第一步,也是技術(shù)難點(diǎn)。顧真安照著元素周期表,將所有相關(guān)元素在石英玻璃中的應(yīng)用與變化都分析研究了一遍,最終找出了能濾紫外

    線、調(diào)節(jié)玻璃純度的關(guān)鍵元素及配比。”陳文彩說。

      當(dāng)時(shí),顧真安的實(shí)驗(yàn)室光線不好,桌椅板凳都很破舊,休息的床也是由門板拼成的。他整天待在實(shí)驗(yàn)室里,反復(fù)研究元素的躍遷光譜、能級與吸收。

    記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、畫著實(shí)驗(yàn)圖表的筆記本,疊成了厚厚的一摞。

      功夫不負(fù)有心人。1993年,顧真安團(tuán)隊(duì)終于研制出耐輻照石英玻璃。1996年,耐輻照石英玻璃獲得國家科技進(jìn)步二等獎。1997年,顧真安當(dāng)選中國

    工程院院士,也是中國石英玻璃領(lǐng)域首位院士。

      讓玻璃“站著”變大變長

      1998年,航天相關(guān)單位再次找到中國建材總院,提出了新的材料需求——遙感衛(wèi)星的窗口材料需要300毫米口徑的高純耐輻照石英玻璃。

      此前的產(chǎn)品難以滿足這一需求,研制新的耐輻照石英玻璃勢在必行。

      這又是一個(gè)前所未有的挑戰(zhàn)。高純耐輻照石英玻璃的基礎(chǔ)是高純石英玻璃,當(dāng)時(shí),我國普遍采用“臥式”合成沉積工藝制備高純石英玻璃,口徑只能

    做到200毫米左右,且無法滿足高光學(xué)性能要求。

      科研人員大膽設(shè)想:改變工藝方式,把“臥式”變?yōu)椤傲⑹健保尣AА罢局弊兇笞冮L!

      在行業(yè)對立式工藝持懷疑態(tài)度的情況下,顧真安與時(shí)任中國建材總院石英所(現(xiàn)為石英院)所長王玉芬,在上海棱光實(shí)業(yè)股份有限公司(以下簡稱上海

    棱光公司)爭取到了一塊“旮旯地”,帶領(lǐng)向在奎等一批技術(shù)人員搭建起我國第一座立式沉積爐。

      向在奎回憶:“在上海棱光公司,我們只有一間實(shí)驗(yàn)室,沒有原料自動供應(yīng)系統(tǒng)。四氯化硅這種刺鼻味道很強(qiáng)烈的原料,都是我們一桶一桶提到實(shí)驗(yàn)室的。

    實(shí)驗(yàn)線啟動后就‘不能停’,我們實(shí)行‘三班倒’,休息就在實(shí)驗(yàn)室外的樓道。”

      新的工藝路徑,意味著多個(gè)步驟需要“從頭再來”。自上而下的氣流如何保持穩(wěn)定流動?怎樣避免玻璃產(chǎn)生雜點(diǎn)和氣泡?面對問題,研究團(tuán)隊(duì)不停地?fù)Q法子

    試,直到一個(gè)個(gè)技術(shù)難點(diǎn)被攻克。

      2001年,立式化學(xué)氣相沉積工藝走到了“考驗(yàn)工藝穩(wěn)定性”的階段。這一年國慶節(jié),王玉芬、向在奎等6人駐守在實(shí)驗(yàn)室。四氯化硅反應(yīng)完后的二氧化硅

    顆粒,像煙霧一樣,自上往下噴到高溫靶材上,透亮的高純石英玻璃一層一層往上長。

      “看著玻璃坨一點(diǎn)點(diǎn)往上長,我們都不舍得停掉實(shí)驗(yàn)線。一直到實(shí)在做不下去了,才關(guān)掉它。”向在奎說。

      2001年11月,喜訊傳來——320毫米口徑、重23公斤,第一個(gè)立式化學(xué)氣相沉積工藝制備的高純石英玻璃坨研制成功!

      步入自動化智能化快車道

      2012年,中國建材總院衢州高性能石英玻璃研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化基地正式投產(chǎn)運(yùn)營。青年一代科研人員在這里不斷耕耘,耐輻照石英玻璃生產(chǎn)步入自動化、智能化

    的快車道。

      此前,耐輻照石英玻璃的生產(chǎn)線離不開人工操作。例如,打坨環(huán)節(jié)需要人工調(diào)控氫氣、氧氣和四氯化硅的劑量。如今,生產(chǎn)線依靠氣和料的自動控制系統(tǒng)、智

    能反饋系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了自動精確的劑量控制。

      “通過自動化生產(chǎn)線打造的耐輻照石英玻璃,口徑更大,材質(zhì)更加均勻。”中國建材總院石英院新材料研究所所長邵竹鋒說。

      不僅如此,耐輻照石英玻璃的性能也得到了大幅躍升。邵竹鋒介紹:“新一代耐輻照石英玻璃彌補(bǔ)了材料的微觀缺陷,硅氧網(wǎng)絡(luò)較以前更完整,強(qiáng)化了耐輻照

    性能。同時(shí),具有強(qiáng)大的激光損傷閾值,拓展了深空應(yīng)用場景。”

      近年來,耐輻照石英玻璃一次次飛向太空,為我國遙感衛(wèi)星、載人航天、探月探火等重大工程立下汗馬功勞。它就像透明純凈的眼睛,見證著我國從航天大國邁

    向航天強(qiáng)國的鏗鏘步伐。

      黨的二十大報(bào)告指出,構(gòu)建新一代信息技術(shù)、人工智能、生物技術(shù)、新能源、新材料、高端裝備、綠色環(huán)保等一批新的增長引擎。

      展望未來,向在奎滿懷信心地說:“在新一代青年科技人才的努力下,耐輻照石英玻璃將拓展特殊性能,利用綠色制造、節(jié)能環(huán)保的手段提質(zhì)升效,為我國深空

    探測事業(yè)貢獻(xiàn)新的力量!”(記者 孫 瑜)

    標(biāo)簽: 航天器

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