一种用于激光微推力器的等离子体增强界面结合力双层工质靶带制备方法技术

本申请提供了一种用于激光微推力器的等离子体增强界面结合力双层工质靶带制备方法，针对现有激光微推力器中，激光烧蚀工质时由于透明薄膜基底与涂覆工质的层间界面结合力不强，产生溅射或鼓包导致推进性能显著降低的问题，通过低温等离子体处理透明薄膜基底表面的方法，增加了薄膜的表面能及工质层在薄膜表面的附着力，进而提高了层间界面结合力。本发明专利技术方法通过对透明薄膜基底进行低温等离子体处理，在透明薄膜基底与涂覆工质之间界面引入N

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光微推力器的等离子体增强界面结合力双层工质靶带制备方法


[0001]本专利技术属于卫星推进
，涉及一种基于等离子体处理的激光微推力器的工质靶带制备方法。

技术介绍

[0002]激光推进技术是采用高功率密度脉冲激光烧蚀工质，形成高温、高压、高速喷射的烧蚀羽流，将激光能量转化为羽流动能，产生推力的一种推进技术，用于卫星的姿轨控。
[0003]在激光微推力器中，烧蚀工质靶带采用透明薄膜基底上涂覆烧蚀工质的双层靶带结构，激光微推力器中激光器发射脉冲激光，穿过透明基底烧蚀涂覆工质，产生推力。首先，透明薄膜采用透光性良好的材料，用于传输激光并且阻挡烧蚀羽流反喷污染激光器镜头；其次，涂覆工质采用激光烧蚀性能良好的材料，将消耗单位激光能量所能产生冲量称为冲量耦合性能，涂覆工质应具有较好的冲量耦合性能；然后，在激光微推力器中将激光能量注入在透明基底与涂覆工质之间并烧蚀工质，使得烧蚀羽流沿着入射激光方向喷射。在激光器参数选定、涂覆工质选定条件下，透明基底与涂覆工质之间界面结合力，对激光微推力器的比冲、元冲量、推进效率产生重要影响。
[0004]当脉冲激光穿过透明基底，聚焦在透明基底与涂覆工质之间，并烧蚀涂覆工质时产生高温、高压、高速的喷射烧蚀羽流，烧蚀羽流出现以下三种情况：一是，在激光焦斑周围工质迅速、均匀烧蚀(激光焦斑为几十微米尺度)，产生均匀细小烧蚀颗粒物，这是推进性能较好情况；二是，由于羽流对透明基底的反作用力，将引起透明基底与涂覆工质之间的层间剥离，形成较大烧蚀区域，产生粗大烧蚀颗粒物的溅射，造成推进性能显著降低；三是，由于羽流对透明基底的反作用力，将引起透明基底与涂覆工质之间的层间撕裂，形成烧蚀工质鼓包，不产生烧蚀羽流喷射，这是最差情况。因此，增强透明薄膜基底与涂覆工质之间界面结合力，防止层间剥离或撕裂，以防止产生溅射或鼓包，是提高激光微推力器的推进性能的有效技术途径。
[0005]目前，透明基底上涂覆烧蚀工质的双层靶带主要缺陷为：
[0006](1)由于透明基底与涂覆烧蚀工质的层间界面结合力不强，激光烧蚀涂覆工质时出现层间剥离或撕裂，产生溅射或鼓包，导致推进性能显著降低。
[0007](2)由于层间界面结合力不强，激光参数和涂覆工质参数对推进性能的调节作用难以充分利用。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对激光微推力器中，激光烧蚀工质时由于透明薄膜基底与涂覆工质的层间界面结合力不强，产生溅射或鼓包导致推进性能显著降低的问题，通过低温等离子体处理透明薄膜基底表面的方法，增加了薄膜的表面能及工质层在薄膜表面的附着力，进而提高了层间界面结合力。透明薄膜基底表面通过低温等离子体处理后，在其上涂覆烧蚀工质
构成双层靶带，通过强化透明基底与涂覆工质的层间结合力，为激光微推力器提供了高比冲、高元冲量的固体双层工质靶带。
[0009]本申请将低温等离子体处理技术，移植应用于激光微推力器的透明薄膜基底表面改性，克服上述缺陷。首先，使其表面原有的部分C
‑
H键被打断，并与电离的O原子和N原子结合形成C
‑
N、N
‑
C＝O或C＝O活性基团，增加透明薄膜基底的表面能；其次，在透明薄膜基底等离子体处理后表面涂覆烧蚀工质，进而提高透明薄膜基底与涂覆工质之间的界面结合力；再次，由于低温等离子体处理区仅涉及透明基底表面几到几百纳米的范围内，不会影响基底材料透光性。因此，低温等离子体增强界面结合力方法，可有效抑制激光烧蚀工质过程中溅射或鼓包现象，提高激光微推力器的推进性能。本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于等离子体处理的激光微推力器的工质靶带制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1)使用等离子体处理聚合物透明薄膜基底表面；
[0012]步骤2)向经过等离子体处理的聚合物透明薄膜基底表面上涂覆工质浆料。
[0013]可选的，所述透明薄膜基底表面在等离子体处理后的5s内涂覆工质浆料。
[0014]可选的，所述聚合物透明薄膜基底为单面镀硅的聚合物薄膜；所述步骤1)中使用等离子体处理聚合物透明薄膜基底未镀硅表面；
[0015]可选的，所述聚合物透明薄膜基底的厚度范围为20μm～200μm；
[0016]可选的，所述聚合物透明薄膜基底的宽度为5～15cm。
[0017]可选的，所述聚合物透明薄膜基底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜或聚酰亚胺薄膜。
[0018]可选的，所述步骤1)中所述聚合物透明薄膜基底经过清洁预处理；
[0019]可选的，所述清洁预处理为采用乙醇清洁聚合物透明薄膜基底的表面，风干后置于40℃的温度下干燥备用；
[0020]可选的，所述步骤2)完成涂覆后浆料在40℃的温度下干燥。
[0021]可选的，所述等离子体采用空气、氩气、氮气或氧气中的至少一种气体。
[0022]可选的，所述低温等离子体处理的功率为1000～2000W；聚合物透明薄膜基底传输速度为1～4m/min；气压为：80～120kpa、低温等离子体处理区域的面积为：150～300cm2。
[0023]上述制备方法制备得到的激光微推力器的工质靶带，将低温等离子体处理技术，移植应用于激光微推力器的透明薄膜基底表面改性，克服上述缺陷。首先，使其表面原有的部分C
‑
H键被打断，并与电离的O原子和N原子结合形成C
‑
N、N
‑
C＝O或C＝O活性基团，增加透明薄膜基底的表面能；其次，在透明薄膜基底等离子体处理后表面涂覆烧蚀工质，进而提高透明薄膜基底与涂覆工质之间的界面结合力；再次，由于低温等离子体处理区仅涉及透明基底表面几到几百纳米的范围内，不会影响基底材料透光性。因此，低温等离子体增强界面结合力方法，可有效抑制激光烧蚀工质过程中溅射或鼓包现象，提高激光微推力器的推进性能。
[0024]本申请还提出了一种制备激光微推力器的工质靶带的装置，包括低温等离子体处理装置和涂浆料装置，聚合物透明薄膜基底穿过低温等离子体处理装置进入涂浆料装置中。
[0025]可选的，所述低温等离子体处理装置和涂浆料装置中聚合物透明薄膜基底传输速度同步；
[0026]可选的，所述低温等离子体处理装置包括放电电辊和与放电电辊配合的刚玉放电
电极，所述聚合物透明薄膜从放电电辊和刚玉放电电极之间穿过。
[0027]以下介绍一种具体的技术方案：
[0028]步骤(1)对透明薄膜基底进行清洁预处理；
[0029]步骤(2)调节等离子体处理站功率和涂布机传输速度，低温等离子体处理功率为1000W～2000W，传输速度1m/min～4m/min；
[0030]步骤(3)透明薄膜基底在传动中进行低温等离子体处理，直接将等离子体喷射到透明薄膜基底表面，透明薄膜基底在常温、常压、等离子体氛围中传动，增强界面结合力；
[0031]步骤(4)将低温等离子体处理后的透明薄膜基底传输至刮涂器，将工质浆料均匀刮涂在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体处理的激光微推力器的工质靶带制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)使用等离子体处理聚合物透明薄膜基底表面；步骤2)向经过等离子体处理的聚合物透明薄膜基底表面上涂覆工质浆料。2.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的激光微推力器的工质靶带制备方法，其特征在于，所述透明薄膜基底表面在等离子体处理后的5s内涂覆工质浆料。3.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的激光微推力器的工质靶带制备方法，其特征在于，所述聚合物透明薄膜基底为单面镀硅的聚合物薄膜；所述步骤1)中使用等离子体处理聚合物透明薄膜基底未镀硅表面；优选的，所述聚合物透明薄膜基底的厚度范围为20μm～200μm；优选的，所述聚合物透明薄膜基底的宽度为5～15cm。4.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的激光微推力器的工质靶带制备方法，其特征在于，所述聚合物透明薄膜基底为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜或聚酰亚胺薄膜。5.根据权利要求1所述的基于等离子体处理的激光微推力器的工质靶带制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述聚合物透明薄膜基底经过清洁预处理；优选的，所述清洁预处理为采用乙醇清洁聚合物透明薄膜基底的表面，风干后...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继飞，邢宝玉，洪延姬，王思博，李南雷，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：