用于低温空间望远镜的SiC-100材料的高精度热膨胀系数测量

我们展示了对烧结碳化硅SiC-100材料热膨胀的高精度测量结果，该材料旨在用于低温空间望远镜，其中反射镜热变形的最小化至关重要，且望远镜设计需要精确的热膨胀信息。测量温度范围从室温低至约10 K。三个样品#1、#2和#3由不同批次生产的SiC块体制成。使用由激光干涉仪、低温恒温器和机械制冷机组成的低温膨胀计测量了样品的热膨胀。典型的热膨胀曲线用温度的8阶多项式表示。对于这三个样品，推导出了293 K至10 K之间的热膨胀系数（CTE）\bar{\alpha}_{#1}、\bar{\alpha}_{#2}和\bar{\alpha}_{#3}。这三个CTE的平均值和离散度（1 $\sigma$ 均方根）分别为0.816和0.002（$\times 10^{-6}$/K）。未检测到来自不同批次的三个样品的CTE存在显著差异。也未观察到CTE的不均匀性或各向异性。基于获得的CTE离散度，我们对一个由六块SiC-100拼接而成的3.5米直径低温反射镜的热变形进行了有限元法（FEM）分析。结果表明，当前的CTE测量具有足够高的精度，完全满足3.5米低温红外望远镜任务——空间红外宇宙学与天体物理学望远镜（SPICA）的设计要求。