合理的轻量化结构设计是降低大口径反射镜重量的实际而有效的方法,同时可以有效减少自重等对反射镜面形精度的影响。本文以口径为Φ1200mm主镜为研究对象,采用有限元分析作为研究手段,根据等刚度原则,结合实际工艺情况,设计了两种结构形式的主镜轻量化方案。根据有限元分析结果,确定基于反应烧结碳化硅（RB-SiC）工艺、背部半封闭结构、锥形后表面、采用扇形轻量化孔形式的结构方案为首选方案,并成功研制出了反射镜镜坯。

介绍了100mm口径反应烧结碳化硅平面反射镜的光学加工工艺流程.按照流程依次介绍了在粗磨成形、细磨抛光和精磨抛光过程中使用的机床、磨具和磨料以及采用的工艺参数和检测方法.介绍了在光学加工各个步骤中应注意的问题.展示了加工后反应烧结碳化硅平面反射镜的实物照片.给出了面形精度和表面粗糙度的检测结果:面形精度(95%孔径)均方根值(RMS)为0.030λ(λ=632.8nm),表面粗糙度RMS值达到了1.14nm(测量区域大小为603.6μm×448.4μm).

研究了轻型碳化硅质反射镜坯体制造技术,讨论了制备工艺中的关键环节。提出了一种先进的消失模技术用于制备性能更加优异的背部半封闭式轻量化结构。针对制备大尺寸复杂形状陶瓷的难点,研究了SiC陶瓷素坯凝胶注模成型及成型过程中高固相含量低黏度SiC浆料的配置、浆料固化时间控制及大尺寸复杂形状SiC湿坯的液体干燥工艺等。测试分析了坯体烧结过程中素坯的热失重与差热曲线,制定了最佳的烧结工艺。通过对以上关键技术的研究,制备得到了不同形状与轻量化结构形式的单块轻型SiC坯体,最大尺寸为1 100mm×820mm。

利用凝胶注模（gel—casting）成型工艺制备了中620mm和700mm×300mm的碳化硅（SiC）轻型反射镜素坯，经过脱模、干燥、脱脂和反应烧结等工艺，制备了反应烧结SiC（RB-SiC）镜体。镜体经过加工和测试，结果表明：制备的RB-SiC内部结构均匀致密；力学性能和热学性能优异，抗弯强度、断裂韧性和热膨胀系数分别达到了350MPa,4.1MPa·m1/2和2．67×10^-6／K；镜体经抛光后的表面粗糙度RMS值可优于3m，适合用于制备空间用大尺寸轻型反射镜。

介绍了碳化硅质光学镜面的光学加工流程和加工手段，分析了碳化硅光学镜面的光学加工过程各个步骤中所应用的磨料和加工方法。利用自主研制的非球面数控加工中心，探索一种新型轮式研磨抛光技术，解决了中小口径非球面元件的数控加工问题，形成比较规范的中小口径碳化硅非球面元件加工方法，并应用到Ф124mm口径两面均为非球面的碳化硅元件的加工中，工件最终加工精度为第一面：0．761λ（PV）、0．059λ（RMS）（λ=0．6328μm）；第二面：0．834λ（PV）、0．089λ（RMS）（λ=0．6328μm），满足了设计要求。

针对空间相机用反射镜RB-SiC材料由Si／SiC两相结构引起的光学表面缺陷问题，提出了表面离子辅助沉积（IAD）硅膜的改性新方案以优化RB-SiC光学表面反射率。对厚度为10±0．5μm的IAD-Si改性层的主要性能研究显示：IAD-Si膜层为非结晶结构，能够提供较好的抛光表面，在77-673K的热冲击下膜层稳定性良好。以Si膜的抛光机理为依据，对IAD-Si改性层进行了大量抛光工艺实验和表面质量测试，给出了关键的抛光工艺参数和实验结果。通过表面IAD-Si改性及本文提出的改性层超精加工技术能够在反射镜表面得到面形精度RMS值优于1／20λ（λ=632．8nm）且表面粗糙度RMS值〈0．5nm的超光滑表面；与改性前相比，反射镜改性层抛光表面在360-1 100nm波段的反射率提高了4．5％以上。