零膨胀玻璃简史

关键词:  零膨胀玻璃、微晶玻璃、ULE、ZERODUR、 Sitall

              微晶与ULE的比较

              俄罗斯微晶玻璃的参数与比较优势

技术路线来说，零膨胀玻璃分两个阵营。

一个是美国阵营的CORNING ULE玻璃，另一个是欧洲SCHOTT 的ZERODUR和俄罗斯阵营的SITALL CO-115M微晶玻璃。

从时间上看，零膨胀玻璃的成功开发和应用，始于1961年, 还算年轻。

在美苏争霸的时代，我们依靠的是前苏联老大哥的SITALL CO-115M 微晶玻璃实现了航天、天文和惯导的成功应用。随着前苏联的解体及中美、中欧关系的缓和，我们也可以通过一些合规的方式购买到美国的ULE 和德国的ZERODUR材料。

过去的10多年时间里，这三家的材料在中国都有比较成功的应用。

现今华夏的激光陀螺用腔体和反射镜材料，以ZERODUR 和SITALL CO-115M 占绝对统治地位。

天文领域，鼎鼎大名的LAMOST项目就是俄罗斯的SITALL CO-115M 为主。所以，天文领域德国SCHOTT 的ZERODUR和俄罗斯的SITALL CO-115M在华夏都有市场。

航天领域，则是三分天下。

关于三家产品的具体技术规格、参数，且按下不表，如需要可致电或邮件微信联系我们索取，公开的材料参数我们在此就不再赘述。

这里我们说一点参数表或其他公开渠道上看不出来的内容。

首先是，美国CORNING 虽然以ULE成名，却也同时拥有微晶的技术和能力，而且在1961年就已经成熟并定型。只是在比较了ULE和微晶的优劣之后，权衡之下，放弃了微晶，选择了ULE。

为什么呢？ULE就比微晶好吗？

结论是互有利弊。是利是弊，取决于具体的使用环境。美国人最终选择了ULE,微晶也没有放弃，却把它用到了民用上。市场上的CORNING微晶锅，B格还是蛮高的。不过这个微晶不是宇航级的。

先说ULE与微晶之间相互间比较优势（参数表上的内容不谈）。

ULE本质上是石英掺杂Ti,从材料结构上说是单相位的材料。而微晶则是玻璃态物质。玻璃者，混合物是也。微晶硅铝钛等多种物质氧化物、按照特定的比例范围混熔到一起的混合物。二者从材料结构上比较，犹如自然界中的水晶对比石头。石头会被风化而水晶不会。这就是为什么我们看到的山都是馒头形的，而水晶矿却永远是最初的模样。

第二个比较明显的差别，就是使用环境温度的适应性。微晶的晶核是通过热处理工艺大约在130摄氏度附近形成一定比例范围的负膨胀系数的所谓微晶晶核。当在后天的实际使用环境中接近该温度范围时，就意味着退火或者逆退火的过程再次发生，必然对材料结构和特性产生影响。而ULE则无此之虞，其适用温度范围则宽泛得多，高温到300摄氏度也还保持不变。需要澄清的是，微晶在高温度范围还是可以使用的，只是其环境适应性及长期稳定性处于相对劣势而已---微晶还是微晶，却不是那个微晶了。

相对来说，微晶玻璃有着更好的切削加工特性而ULE则相对更脆，但是ULE则有有着更好的焊接（熔融）特性，这个环节双方算各得一分。

当然，微晶也是有优势的。在制造高精度的激光陀螺的腔体和反射镜时，因为有着绝对优势密封特性优势，微晶玻璃处于绝对垄断地位而ULE只能败下阵来。

笔者身上就经历过这样两件事。国内最初进口该两款材料时，并不清楚这两种材料的所有特性和优劣。一看都是零膨胀材料，其中一款还是美帝的。虽然我们鄙视纸老虎，瞧不起他们钢多气少，但是有心人心里边可能认为纸老虎的武器还是可以滴。所以相关单位考虑把这个材料用到陀螺上，没准性能更好呢？

后来笔者无意中获得了ULE 材料在He泄漏环节上的弱点，分别同航天科工及中航工业的单位进行了针对性的交流，他们都进行了验证。可惜其中一个单位没有举一反三，虽然用了微晶的腔体，却用了石英的反射镜，导致He泄漏的后果在此后数年才得以暴露，也算是一个小教训和证明了。

ULE材料的另一个缺点是，条纹的密度和概率要大于微晶。这也是为什么法国SAGEM 在制作1.1米口径菲佐（FIZEAU FLAT）标准镜时采用了微晶而不是ULE.

总的应用来说，天文领域，微晶与ULE 可相互替代，航天反射镜领域，可相互替代，美国采用ULE而欧洲、俄罗斯采用微晶；中国两者都用。总的趋势是，近年来碳化硅的份额在增加。

激光陀螺领域，微晶风头无二；原子钟ULE当仁不让，其他标准具则天下二分。

日本的微晶在80年代以后也进入了舞台，最近几年的TMT项目还采用了日本的微晶玻璃。但在中国的存在感几乎没有。究其原因，一是材料特性上同欧洲渠道稍有区别，完全替代上存在一些小问题。二是政治原因，日本固然相对中国有技术优势，但对中国的表现出的那种极力防范与敝帚自珍的态度，比之美欧的态度还要让人倒胃口。加之用户所属的行业对双方民族历史纠葛态度的原因，日系微晶在华夏的式微也是必然。

最后说一下国内自主微晶玻璃的历史和现状。

国内在上世纪80年代由上海新沪玻璃厂着手开发微晶玻璃，一度号称成功。但随着2.16米项目中先后两块新沪的国产微晶的摔裂，可谓命运多舛，对其微晶事业构成沉重打击。此后LAMOST项目虽然也曾少量采用，却也是昨日黄花了。此后随着产业调整，新沪玻璃厂关厂，相关关键人员出走美国，此事由此告一段路。

后进入千禧年后，北京某单位以国家资助项目的形式重拾微晶项目，并以通过专家验收结题，却未获列装应用。究其原因，你懂的。

2010年后光明厂介入该产品的研发，目前已经推出该产品数年。但从实际市场情况看，远未到完全替代进口的阶段。

前几年欧洲某公司还专门测试过光明厂的微晶，最终没有采用。

聊以自慰的是民用市场的微晶面板的电磁炉、燃气炉的微晶玻璃已经普遍国产了，其材料机理同航天、宇航用途的微晶大同小异，无非的技术要求降低而已。

当然，随着我国经济和政治地位的提高，随着购买力的增强，以及市场规模的扩大，在天下熙攘，利来利往的规律下，该类产品的禁运也已基本有名无实，对我国来说，材料供应已经不是多大的事了。

他强由他强，清风拂山岗；他横由他横，明月照大江；他自狠来他自恶，我自一口真气足。

大家踏踏实实做好本职工作，把实力提高上去，朋友自然就多了。希望和强者过不去的，毕竟是少数；同时和强者及现实经济利益过不去的，那就是有病了，是吧?

俄罗斯微晶玻璃的技术比较，限于篇幅，亲们请参照笔者的另一篇文章《俄罗斯微晶》

如有相关需求或技术问题交流，或需索取任何相关详细材料技术参数表，可发邮件到 This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. 或联系上海联肯光电

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