近日，京瓷（kyocera）的“精細(xì)堇青石”陶瓷鏡被首次替代低熱膨脹玻璃用于國際空間站（ISS）與地球移動光學(xué)站之間光通信實驗設(shè)備，這賦予了這款“老”陶瓷材料更高價值，也引起了業(yè)界對其更多可能的討論和探索。

堇青石陶瓷鏡（京瓷）

低熱膨脹玻璃（肖特）

太空中的地球觀測衛(wèi)星與地面站之間的雙向數(shù)據(jù)通信方法是使用無線電波或可見光的光無線通信，可用于獲取天氣預(yù)報、災(zāi)害響應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控的圖像數(shù)據(jù)等等。隨著觀測衛(wèi)星上搭載的傳感器的進(jìn)步，可獲得的觀測數(shù)據(jù)量也隨之增加，高速、大容量的數(shù)據(jù)通信對空間基礎(chǔ)設(shè)施也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。激光光通信被視為有效解決方案——它將使數(shù)據(jù)傳輸和接收速度比無線電波通信快100倍以上，且容量顯著提高。為了通過光通信將數(shù)據(jù)從衛(wèi)星傳輸?shù)教囟ǖ孛嬲荆枰褂霉鈱W(xué)鏡將光線調(diào)整到最佳角度，傳統(tǒng)的金屬或玻璃鏡無法再嚴(yán)酷宇宙環(huán)境中保持長期穩(wěn)定的尺寸精度，堇青石走到了舞臺中央。

低熱膨脹陶瓷鏡利用肋條結(jié)構(gòu)減重

配備京瓷精細(xì)堇青石陶瓷鏡的低地球軌道安全激光通信終端“SeCRETS”

堇青石（2MgO·2Al?O?·5SiO?）最突出的便是優(yōu)異的熱穩(wěn)定性（溫度變化時尺寸變化極小）、抗熱震性（能經(jīng)受住快速的溫度變化而不容易開裂）以及機(jī)械性能（比低熱膨脹玻璃高1.5至2倍），常用于工業(yè)窯具、催化劑載體。上圖的陶瓷鏡便是京瓷開發(fā)用于替代低熱膨脹玻璃的產(chǎn)品，可用于半導(dǎo)體加工設(shè)備、三維測量機(jī)反射鏡等等。而本次則是京瓷與索尼旗下的計算機(jī)科學(xué)實驗室公司聯(lián)合，將京瓷的陶瓷鏡裝配于索尼開發(fā)的光通信天線（QSOL）中進(jìn)行驗證的實驗。

擴(kuò)展堇青石的可能

1、同步燒結(jié)鍵合——是一種將兩個或多個坯體堆疊、燒結(jié)并粘合在一起形成整體的加工方法。由于坯體的界面是燒結(jié)的，因此形成了一個致密的邊界。粘合部分的機(jī)械強(qiáng)度或熱導(dǎo)率最終與本體部分相當(dāng)。京瓷有將氧化鋁、堇青石、碳化硅陶瓷進(jìn)行綠色鍵合的案例。

工藝示意圖

2、近凈成形F-Molding——是一種將漿料調(diào)制后的材料澆鑄到產(chǎn)品形狀的模具中，然后凝固成型的工藝，可媲美CIP（冷等靜壓）成型生產(chǎn)的部件甚至擁有更好特性。

3、精密光學(xué)組件——比如（integrated stage mirror）用于顯微鏡或其他光學(xué)設(shè)備中，比如用于光路的校準(zhǔn)和調(diào)節(jié)，以確保光束能夠準(zhǔn)確地通過樣品并成像，即便集成了樣品的溫控、濕度控制、電場或磁場的施加等功能，也可以滿足減少光路中的誤差和偏差。

堇青石小結(jié)

堇青石陶瓷已在冶金、汽車、催化、化工以及電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但我國對于高端制造領(lǐng)域用堇青石陶瓷的開發(fā)仍需要向領(lǐng)先企業(yè)學(xué)習(xí)。本次案例從材料看，京瓷將堇青石陶瓷開發(fā)成為一種挑戰(zhàn)替代低膨脹玻璃的高端材料；從企業(yè)實體看，則是京瓷對德國肖特和美國康寧的勝利。正所謂沒有低端的材料，只有低端的技術(shù)，期待京瓷更期待國內(nèi)企業(yè)能開發(fā)出堇青石的更多可能！

粉體圈啟東