CN112760608A - 碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，镀膜过程采用间歇性控制策略，间歇性的检验依据是气压检测，和初始工作气压相比，镀膜过程中真空室内气压升高设定比例为镀膜暂停判据，暂停镀膜至温度降低，然后重新启动镀膜，直至完成整个镀膜过程；本发明能够有效的防止镀膜过程中的升温，而导致的复合材料出气污染介质膜层，保持膜层的性能。

Description

碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法
技术领域
本发明属于卫星天线微波传输、热控和防护技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法。
背景技术
天线作为卫星的重要载荷，朝着轻量化、高精度的方向发展。
轻量化要求天线必须采用复合材料制造；高精度要求天线的加工精度高，天线在轨工作温度温差小。但复合材料导电性较差，且各项异性，要求必须对天线做金属化处理；天线在轨工作过程中，经历高低温交变和空间环境辐照，需要对天线做适当的保护措施。
目前，通过在复合材料表面镀制金属薄膜Al或Ag改善天线的导电性，通过在天线表面包覆太阳屏，实现温度控制和环境防护。将二者功能通过一种复合薄膜结构实现，能减少天线的加工步骤，提高可靠性。本分发明旨在提供一种温度控制和环境防护膜层的镀制方法，通过该方法能将介质膜层和防护膜层镀制在符合材料天线表面。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，能够避免磁控溅射过程中各种粒(离)子对天线和真空腔室的加热，防止复合材料中的树脂类材料挥发，导致对膜层的污染，降低膜层的性能。
实现本发明的技术方案如下：
碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，镀膜过程采用间歇性控制策略，间歇性的检验依据是气压检测，和初始工作气压相比，镀膜过程中真空室内气压升高设定比例为镀膜暂停判据，暂停镀膜至温度降低，然后重新启动镀膜，直至完成整个镀膜过程。
进一步地，本发明具体包括以下步骤：
步骤一、根据天线复合材料结构，对天线表面清洗，以满足制备介质膜层或者防护膜层的需求；
步骤二、将天线装载入真空室；
步骤三、装载入天线后，抽至本底真空，加热至工艺温度后，保持4h；
步骤四、通入Ar气和反应气体O2，在关闭磁控源挡板的情况下，或者将天线移动至远离溅射源的情况下，开启磁控电源，调整至介质膜层工作参数；
步骤五、读取真空室内的气压值，然后将磁控源挡板打开，或者将天线移动至镀膜区域，开始介质膜层的镀制；
步骤六、当气压相对步骤五所读取气压升高1％—3％时，暂停镀膜过程，等待天线降温；具体升压数值根据真空规精度确定，但以升高的相对值越小越好，否则对介质膜的吸收率会造成较大影响；
步骤七、待降温后，继续重复步骤四至六，直至完成整个镀膜过程；
步骤八、当镀膜过程完成后，待温度降低至能开启真空室的温度后，为真空室通入空气，取出天线，完成介质膜层的镀制。
进一步地，步骤一中，通过超声方法清洗或采用棉布蘸丙酮/乙醇对表面多遍擦洗，直到棉布颜色不再发生变化为止。
进一步地，步骤四中，Ar气通过直接流量的控制方法通入。
进一步地，步骤四中，O2气的通入通过和光谱联动的方式控制，或者通过和电源放电电压联动的方式控制。
有益效果：
采用本发明的技术，能够有效的防止镀膜过程中的升温，而导致的复合材料出气污染介质膜层，保持膜层的性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，在本发明镀膜过程中，膜层沉积方法采用磁控溅射法，靶材选用高纯度的硅或者铝，通入的工作气体为氩气和氧气。在镀膜过程中因为离(粒)子、电子等的作用，会导致真空室和基体温度的升高，温度升高时会造成复合材料中各种有机物挥发，使膜层发黑，在提高介质膜层发射率的同时，吸收率也会提高，无法达到预期的热控性能指标。这里通过间歇性镀膜的方式，以气压升高为判据，控制镀膜时长，从而避免磁控溅射过程中各种粒(离)子对天线和真空腔室的加热，防止复合材料中的树脂类材料挥发，导致对膜层的污染，降低膜层的性能。
实施例1：磁控溅射镀制SiO2。
设备说明：较大型的孪生磁控溅射设备，阴极是柱状的，靶材选用硅靶。
(1)天线表面清洗：采用棉布蘸丙酮/乙醇对表面多遍擦洗，直到棉布颜色不再发生变化为止，以满足SiO2薄膜制备需求。
(2)载入真空室：按照镀膜前的设计，将天线样品装载入真空室。
(3)本底真空保持：装载入天线样品后，真空抽至10-4Pa量级，保持4h。
(4)预溅射：通入Ar气390sccm，在将天线移动至远离溅射源的情况下，开启磁控电源。
(5)反应气体O2气体。O2通乳量由电源的输出电压为调整依据，这里的电压设定为375V。
(6)膜层镀制：磁控阴极稳定工作时真空室压力为0.33Pa。将天线样品移动至镀膜区域，开始介质膜层的镀制。
(7)镀膜暂停：当气压的升高至0.34Pa时，暂停镀膜过程。
(8)降温保持：镀膜暂停时间定为10min，等待天线样品降温。
(9)膜层的继续镀制：待降温后，继续重复步骤(4)至(8)，直至完成整个镀膜过程。
(10)镀膜结束：当镀膜过程完成后，待真空室降温30min后，为真空室通入空气，取出天线样品，完成介质膜层的镀制。
实施例2：磁控溅射镀制Ge。
设备说明：安装条状溅射阴极的磁控溅射设备，靶材选用锗靶
(1)天线表面清洗：采用棉布蘸丙酮/乙醇对表面多遍擦洗，直到棉布颜色不再发生变化为止，以满足Ge薄膜制备需求。
(2)载入真空室：按照镀膜前的设计，将天线样品装载入真空室。
(3)本底真空保持：装载入天线样品后，真空抽至10-4Pa量级，保持4h。
(4)预溅射：通入Ar气100sccm，在将天线移动至远离溅射源的情况下，开启磁控电源，设定电源的输出功率为2500W。。
(5)膜层镀制：磁控阴极稳定工作时真空室压力为0.4Pa。将天线样品移动至镀膜区域，开始Ge膜层的镀制。
(6)镀膜暂停：当气压的升高至0.41Pa时，暂停镀膜过程。
(7)降温保持：镀膜暂停时间定为10min，等待天线样品降温。
(8)膜层的继续镀制：待降温后，继续重复步骤(4)至(7)，直至完成整个镀膜过程。
(9)镀膜结束：当镀膜过程完成后，待真空室降温30min后，为真空室通入空气，取出天线样品，完成介质膜层的镀制。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，其特征在于，镀膜过程采用间歇性控制策略，间歇性的检验依据是气压检测，和初始工作气压相比，镀膜过程中真空室内气压升高设定比例为镀膜暂停判据，暂停镀膜至温度降低，然后重新启动镀膜，直至完成整个镀膜过程。
2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一、根据天线复合材料结构，对天线表面清洗，以满足制备介质膜层或者防护膜层的需求；
步骤二、将天线装载入真空室；
步骤三、装载入天线后，抽至本底真空，加热至工艺温度后，保持4h；
步骤四、通入Ar气和反应气体O2，在关闭磁控源挡板的情况下，或者将天线移动至远离溅射源的情况下，开启磁控电源，调整至介质膜层工作参数；
步骤五、读取真空室内的气压值，然后将磁控源挡板打开，或者将天线移动至镀膜区域，开始介质膜层的镀制；
步骤六、当气压相对步骤五所读取气压升高1％—3％时，暂停镀膜过程，等待天线降温；
步骤七、待降温后，继续重复步骤四至六，直至完成整个镀膜过程；
步骤八、当镀膜过程完成后，待温度降低至能开启真空室的温度后，为真空室通入空气，取出天线，完成介质膜层的镀制。
3.如权利要求2所述的碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，其特征在于，步骤一中，通过超声方法清洗或采用棉布蘸丙酮/乙醇对表面多遍擦洗，直到棉布颜色不再发生变化为止。
4.如权利要求2所述的碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，其特征在于，步骤四中，Ar气通过直接流量的控制方法通入。
5.如权利要求2所述的碳纤维复合材料表面薄膜沉积过程防止层间放气的方法，其特征在于，步骤四中，O2气的通入通过和光谱联动的方式控制，或者通过和电源放电电压联动的方式控制。
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