一种组分梯度分布的防原子氧薄膜制造技术

本发明专利技术提供一种组分梯度分布的防原子氧薄膜，涉及航天器空间环境效应防护领域。该防原子氧薄膜的化学组分为SiO

【技术实现步骤摘要】
一种组分梯度分布的防原子氧薄膜


[0001]本专利技术涉及航天器空间环境效应防护领域，具体涉及一种组分梯度分布的防原子氧薄膜。

技术介绍

[0002]当航天器在近地轨道运行时，其外部材料会受到原子氧(AO)、真空紫外线、热循环、高真空、电子和质子辐射以及空间碎片碰撞等空间环境因素的影响。与其他空间环境条件相比，AO对航天器外部材料的危害更大。AO通常会导致航天器大部分有机和部分无机材料的表面腐蚀、氧化和降解，进而导致这些材料的机械和光学性能退化，最终在很大程度上缩短航天器的使用寿命。这主要是由于航天器和低轨道环境中的原子氧的相对速度约为8千米/秒，这意味着与AO的碰撞动能约为5eV，而且AO具有很强的氧化能力。例如，25微米厚的Kapton薄膜在低地球轨道上将在6个月内完全降解。因此，制备高性能空间用防原子氧防护薄膜，为低轨道、超低轨道卫星长期在轨运行至关重要。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提供一种组分梯度分布的防原子氧薄膜，既能提升原子氧防护性能，又具有一定柔韧性，与基底材料结合力强，可广泛应用于大面积聚酰亚胺表面的原子氧防护需求。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]本专利技术提供一种组分梯度分布的防原子氧薄膜，所述防原子氧薄膜的化学组分为SiO
x
C
y
H
z
，其中，薄膜表面的化学组分为SiO2，在由薄膜表面向其内部延伸的方向上，x从2减小到0.5，y从0增大到2，z从0增大到8，
[0006]所述防原子氧薄膜的制备方法包括以下步骤：
[0007](1)通过等离子体增强化学气相沉积技术在基底上制备有机硅氧烷薄膜；
[0008](2)采用紫外光辐照所述有机硅氧烷薄膜，使得该薄膜化学组分呈梯度分布，获得组分梯度分布的防原子氧薄膜。
[0009]进一步地，步骤(1)中，制备所述有机硅氧烷薄膜的过程中，采用的单体包括有机硅单体和氧气，所述有机硅单体包括：六甲基二硅氧烷和/或四甲基二硅氧烷。
[0010]进一步地，步骤(1)中，所述有机硅单体预先加热至30～70℃，使所述有机硅单体由液态变为气态，将所述有机硅单体气体与氧气混合后通入，其中，所述有机硅单体气体的流速为2～200sccm，氧气的流速为2～200sccm。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述有机硅单体预先加热至35℃，使所述有机硅单体由液态变为气态，将所述有机硅单体气体与氧气混合后通入，其中，所述有机硅单体气体的流速为15sccm，氧气的流速为10sccm。
[0012]进一步地，步骤(1)中，制备所述有机硅氧烷薄膜的过程中，真空度为1
×
10
‑4～1
×
10
‑2Pa，压力为1～20Pa，沉积功率为100～800W。
[0013]进一步地，步骤(1)中，制备所述有机硅氧烷薄膜的过程中，真空度为5
×
10
‑3Pa，压力为12Pa，沉积功率为550W。
[0014]进一步地，所述有机硅氧烷薄膜的厚度为50～1000nm，优选为600nm。
[0015]进一步地，步骤(2)中，紫外光辐照的波长范围为100～400nm，紫外光辐照强度为1.0～60.0mW/cm2，紫外光辐照强度为1～500h。
[0016]进一步地，步骤(2)中，紫外光辐照的波长范围为200～400nm，紫外光辐照强度为50.0～58.0mW/cm2，紫外光辐照强度为48～72h。
[0017]进一步地，所述基底选自柔性基底或刚性基底，所述柔性基底包括聚酰亚胺、聚四氟乙烯或聚亚安酯，所述刚性基底包括硅片或玻璃片。
[0018]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0019]本专利技术提供一种组分梯度分布的防原子氧薄膜，化学组分为SiO
x
C
y
H
z
，薄膜表面的化学组分为SiO2，在由薄膜表面向其内部延伸的方向上，x从2减小到0.5，y从0增大到2，z从0增大到8。本专利技术先采用等离子体增强化学气相沉积技术在基底上制备有机硅氧烷防原子氧涂层，再通过紫外光辐照对涂层表面改性，使得有机硅氧烷涂层的化学成分呈梯度分布。本专利技术提供的方法能在刚性、柔性衬底上制作大面积防原子氧薄膜，具有一定柔韧性，与基底材料结合力强，可应用于低地球轨道中飞行的航天器表面，并且该薄膜的防原子氧性能优异，生产效率高且光学透明度高，能够满足航天领域对超高原子氧累积通量的防护要求。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的防原子氧薄膜的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例制备防原子氧薄膜的流程示意图；
[0023]图3为本专利技术实验例中采用光电子能谱仪(XPS)深度剖析紫外光辐照前后有机硅氧烷薄膜的组分变化情况，其中，(a)为辐照前的有机硅氧烷薄膜中的原子浓度，(b)为辐照后的有机硅氧烷薄膜中的原子浓度，(c)为辐照前后有机硅氧烷薄膜中的O/Si比值；
[0024]图4为本专利技术实施例1～2和对比例所得防原子氧薄膜的原子氧侵蚀率。
[0025]附图标记：
[0026]1‑
防原子氧薄膜；2
‑
基底；3
‑
有机硅氧烷薄膜。
具体实施方式
[0027]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0028]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但
不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。
[0029]实施例1
[0030]本实施例提供一种组分梯度分布的防原子氧薄膜1，其结构如图1所示，其制备工艺如图2所示，具体步骤如下：
[0031](1)通过等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在基底2(聚酰亚胺)上制备有机硅氧烷薄膜3：将基底2放置于镀膜真空腔室内，镀膜真空腔室的真空度抽至5
×
10
‑3Pa；将有机硅单体六甲基二硅氧烷水浴加热至40℃，使其从液体状态变成气体，将六甲基二硅氧烷单体气体和氧气混合在一起，通入镀膜真空腔室内，六甲基二硅氧烷气体流速为15sccm，氧气流速为10sccm，镀膜真空腔室的压力控制为12Pa；开启等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组分梯度分布的防原子氧薄膜，其特征在于，所述防原子氧薄膜的化学组分为SiO
x
C
y
H
z
，其中，薄膜表面的化学组分为SiO2，在由薄膜表面向其内部延伸的方向上，x从2减小到0.5，y从0增大到2，z从0增大到8，所述防原子氧薄膜的制备方法包括以下步骤：(1)通过等离子体增强化学气相沉积技术在基底上制备有机硅氧烷薄膜；(2)采用紫外光辐照所述有机硅氧烷薄膜，使得该薄膜化学组分呈梯度分布，获得组分梯度分布的防原子氧薄膜。2.根据权利要求1所述的组分梯度分布的防原子氧薄膜，其特征在于，步骤(1)中，制备所述有机硅氧烷薄膜的过程中，采用的单体包括有机硅单体和氧气，所述有机硅单体包括：六甲基二硅氧烷和/或四甲基二硅氧烷。3.根据权利要求2所述的组分梯度分布的防原子氧薄膜，其特征在于，步骤(1)中，所述有机硅单体预先加热至30～70℃，使所述有机硅单体由液态变为气态，将所述有机硅单体气体与氧气混合后通入，其中，所述有机硅单体气体的流速为2～200sccm，氧气的流速为0～200sccm。4.根据权利要求3所述的组分梯度分布的防原子氧薄膜，其特征在于，步骤(1)中，所述有机硅单体预先加热至35℃，使所述有机硅单体由液态变为气态，将所述有机硅单体气体与氧气混合后通入，其中，所述有机硅单体气体的流速为15sccm，氧气的流速为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：何延春，李毅，王润福，李中华，李得天，王虎，王兰喜，曹生珠，左华平，高恒蛟，汪科良，蒋静，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：