中國粉體網訊  據中國粉體網編輯了解，近日發布的2020年度中國科學十大進展中，“嫦娥五號首次實現月面自動采樣返回”入選。作為中國復雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程，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突破，最終實現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開發的光掩膜石英玻璃，都是中國建材總院開發生產的。作為航天系統的光學石英玻璃供應商，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、近零膨脹等優良性能，成功開發出6英寸以上光刻用石英玻璃鏡頭及光掩膜基板等系列產品，并在浙江衢州建立了高純合成石英玻璃研發與產業化基地。

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）

據聶蘭艦博士介紹，石英玻璃是由二氧化硅單一組分構成的特種工業技術玻璃，具有一系列特殊的物理和化學性能，并被新材料領域專家譽為“玻璃之王”。其優點如下：

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的透過性能是一般光學玻璃所不具備的；

2）優良的耐高溫性能，其軟化點與白金的熔點相近，熱膨脹系數極小（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；

5）經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等。

石英玻璃現已成為近代科學技術和現代工業不可或缺的重要材料，在航空航天、激光核技術、半導體集成電路、光電器件和精密儀器等高技術領域具有廣泛的應用，主要作為精密光學系統透鏡、反射鏡、棱鏡和窗口等的材料，其性能直接制約著相關裝備的分辨率、精度、穩定性和可靠性等性能。

然而，由于其應用領域的特殊性，國外超純石英玻璃相關技術及產品對中國實行完全封鎖。據中國粉體網編輯的了解，傳統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領域的應用需求。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致玻璃在熔制過程易產生黑斑和氣泡，而且反應時間較長，不利于工業化規模生產。

CVD制備的合成石英玻璃（國內牌號為JGS1），具有金屬雜質含量低（＜2×10-⁶）、遠紫外透過率高（Ｔ_190-2000nm≥85％）、光學均勻性高（優于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用于航天、激光核技術、集成電路和精密儀器等領域。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大尺寸、高性能光學石英玻璃的CVD工藝技術。

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和羥基含量低，具備優良的紫外-紅外光譜透過性能、穩定的折射率以及良好的結構均勻性等特性，并且無氣泡和雜點等缺陷，廣泛用作各類光學透鏡和高穩定性慣導器件的基材，如太陽器模擬、紅外跟蹤系統、紫外-可見-紅外分光器等光學組件和光波導用石英光纖等。

在技術與市場的雙重驅動下，2003年起，中國建材總院開始研發利用等離子體化學氣相沉積技術制備超純石英玻璃，其透過光譜范圍極寬（近紫外-可見-近紅外透過率＞90%）、微觀雜質極少（OH＜2ppm，金屬雜質＜1ppm），并成功開發出大功率（200kW）等離子體化學氣相沉積設備，形成了國內唯一的年產200kg超純石英玻璃的生產線，填補了國內空白，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用，聶蘭艦等）

據中國建材總院官網顯示，其在我國功能玻璃與特種玻璃材料領域開創了多個第一。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域，集新品研制、技術集成、裝備開發、標準制訂、性能檢測于一身的綜合實力最強的研究單位，在特種玻璃材料領域共榮獲國家科技進步獎52項，部級獎111項，獲專利授權78項，為建立和完善我國特種玻璃材料領域的科技創新體系、推動我國特種玻璃材料領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用；光學精密工程

宋學富：超純石英玻璃成套技術與裝備；中國建材

中國建材總院官網、中國建材報、中新網等。

（中國粉體網編輯整理/平安）

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