中科院院長正式宣布！已完成這項技術突破，反超3倍碾壓美國

中國在碳化硅反射鏡領域已一騎絕塵，連美國也望塵莫及，這離不開科學家們的精心鉆研。

2026年4月13日，中科院長春光機所張舸研究員團隊創新提出“石墨/碳化硅復合粉末增材制造方法”，將碳化硅含量提升18.18%并實現高精度鏡體制備，標志著大口徑技術反超美國，小口徑精度逼近日本。

它的作用類似于人類眼睛的晶狀體，但要求苛刻得多，必須足夠輕，以便發射上天；必須足夠硬，以承受劇烈溫差和振動；必須熱變形極小，保證成像不失真；還必須能夠加工到近乎完美的面形精度。

在眾多候選材料中，碳化硅憑借其高比剛度、高導熱、低熱膨脹系數和優異的各向同性，成為大口徑光學系統公認的“黃金標準”。

碳化硅屬于極難加工的硬脆材料，如何制造出大尺寸、高均勻性、高精度的反射鏡體，一直是困擾全球光學制造業幾十年的難題。

長期以來，全球碳化硅反射鏡市場由中、美、日三國主導，但三國技術路線差異明顯，也各自卡在了不同的瓶頸上。

日本憑借精細的陶瓷加工傳統，專注于1米以下的小口徑反射鏡，通過化學氣相沉積和反應燒結等工藝，日本廠商能將小口徑鏡面的面形精度做到驚人的0.1納米，幾乎達到原子級別的平整度。

這種極致精度，使得日本在醫療內窺鏡、半導體光刻機物鏡系統等小尺寸光學元件領域占據絕對優勢。

日本技術存在一個致命的尺寸瓶頸：一旦反射鏡口徑超過2米，其制備工藝中的應力控制和均勻性難題便會急劇放大，精度會從亞納米級別暴跌至60納米以上。

對于需要大口徑集光能力的空間望遠鏡和偵察衛星而言，60納米的面形誤差會導致成像模糊、對比度下降，完全無法滿足實際需求。

美國則走上了另一條路，以美國國家航空航天局和幾家軍工巨頭為代表，美國長期采用傳統粉末燒結加拼接的技術路線。

他們先將碳化硅粉末壓制燒結成較小的鏡片單元，再通過精密裝配將這些單元拼接成大口徑反射鏡。

這種做法的最大好處是避免了單體制備的尺寸極限，美國用拼接法造出過最大等效口徑3.89米的反射鏡。

但拼接結構先天存在接縫，每塊子鏡之間的相對位置會隨溫度變化和機械振動而發生微小漂移，必須依賴復雜的主動光學系統持續校正。

這不僅增加了系統的重量、功耗和故障風險，還導致整體面形精度長期停留在10至30納米之間，成像質量遠不如同口徑的整體鏡。

更關鍵的是，過去十多年間，美國在這一領域的基礎研究投入持續縮減，相關人才隊伍老化嚴重，新一代年輕科研人員紛紛轉向更熱門的半導體和人工智能領域。

美國碳化硅反射鏡技術幾乎陷入停滯，既沒有突破拼接結構的先天缺陷，也沒有實現2米以上單體制備的產業化。

中國走出了一條截然不同的技術路線，整體成型，早在本世紀初，長春光機所的科學家們就意識到，拼接法只能治標不能治本，真正的出路在于直接制造出大口徑、高精度的單體碳化硅反射鏡。

這條路極為艱難：碳化硅熔點高達2700℃以上，無法像玻璃一樣熔融澆鑄；燒結過程中收縮率高達20%左右，極難控制最終尺寸和形狀。

經過近二十年的持續攻關，長春光機所在2018年取得了歷史性突破，成功研制出直徑4.03米的全球最大單體碳化硅反射鏡，面形精度達到10至30納米。

這塊“中華神鏡”的誕生，徹底打破了美國、法國等少數國家在大口徑反射鏡領域的技術封鎖。

此后，該成果已成功應用于火星探測高分辨率相機、載人航天工程空間站巡天望遠鏡等50多項國家重大工程，為中國深空探測和高分辨率對地觀測裝上了真正的“中國眼”。

但中國科研團隊沒有就此止步，張舸研究員團隊此次提出的“石墨/碳化硅復合粉末增材制造方法”，是在整體成型技術基礎上的又一次顛覆性創新。

傳統碳化硅增材制造面臨兩大頑疾：一是碳化硅顆粒流動性差，導致粉末鋪展不均勻，打印出的鏡坯內部容易出現孔洞和裂紋，二是反應燒結過程中游離硅的物相難以調控，過多的游離硅會降低鏡體的力學性能和熱穩定性。

張舸團隊的巧妙之處在于，他們在碳化硅粉末中引入了石墨作為多功能添加劑，石墨具有良好的自潤滑性和導熱性，能夠顯著改善粉末混合物的流動性，使增材制造過程中的鋪粉更加均勻致密。

同時，在高溫反應燒結階段，石墨會與多余的游離硅發生原位反應，生成額外的碳化硅，從而將最終鏡坯中的碳化硅含量大幅提升18.18%，這意味著鏡體更致密、更堅硬、熱變形更小。

由此，中國在大口徑反射鏡領域繼續保持世界第一的同時，在小口徑精度方面也迅速逼近日本最尖端水平。

以往，日本憑借0.1納米精度在小口徑領域獨步天下，但那通常是對幾厘米到幾十厘米尺寸的鏡面而言。

而中國在2.2米口徑上就實現了0.7納米，如果按比例推算，相同口徑下中國的精度已經超越日本同行的記錄。

美國則被徹底甩在了身后，無論是整體成型能力、單體尺寸還是面形精度，中國都已實現對美國的反超，全球碳化硅反射鏡的技術格局正在被重新書寫，而書寫者手中的筆，來自中國長春。