Разработка схемы вакуумной камеры для нанесения многослойных радиоотражающих покрытий на рефлекторы Ka-диапазона Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетнеескцие чтения. 2015

© Евтифьев М. Д., Остапенко А. В., 2015

УДК 629.78.002.3

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ВАКУУМНОЙ КАМЕРЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ РАДИООТРАЖАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ НА РЕФЛЕКТОРЫ Ka-ДИАПАЗОНА

С. А. Зоммер, И. И. Хоменко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: [email protected]

Описывается схема компоновки вакуумной камеры, позволяющая наносить многослойные покрытия на рефлекторы антенн, улучшить качество напыляемого покрытия, а также проводить предварительную подготовку поверхности напыляемой подложки за один непрерывный процесс.

Ключевые слова: вакуумное напыление, многослойное покрытие, рефлекторы антенн.

DEVELOPMENT OF THE VACUUM CHAMBER SCHEME TO APPLY MULTILAYER RADIO-REFLECTIVE COATINGS TO Ka RANGE REFLECTOR

S. A. Zommer, I. I. Khomenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The paper describes the pattern layout of the vacuum chamber able to apply multi-layer coating to the antenna reflector to improve the quality of the sprayed coating, as well as to perform pre-treatment of the substrate sprayed in a continuous process.

Keywords: vacuum deposition, multilayer coating, antenna reflectors.

Основные проектные технические характеристики РН СТК

Ракета-носитель Грузоподъёмность, т Стартовая масса, т Конструктивное совершенство

Энергия (СССР) 105 2 419 0,043

Вулкан (СССР) 200 4 747 0,042

Ares V (США) 188 3 705 0,051

SLS (США) 70 2 950 0,023

Великий поход (КНР) 133 4 150 0,032

Для обеспечения эффективной работы антенн Ка-диапазона необходимо обеспечить максимальное отражение радиоизлучения рефлекторами антенн. Для этого наносятся многослойные радиоотражающие покрытия, необходимый коэффициент радиоотражения должен быть не менее 0,96 [1-2]. Нанесенные покрытия также должны отвечать требованиям по стойкости к условиям эксплуатации.

Существует несколько способов нанесения покрытий вакуумным напылением [3-4]. В лаборатории кафедры ЛА производится осаждение покрытий методом магнетронного распыления на вакуумной установке УВМ-1200Б. В данной вакуумной установке используется безмасляная система вакуумной откачки, включающая в себя форвакуумный и турбомоле-кулярный насосы.

Существуют схемы компоновки вакуумной камеры, предусматривающие установку двух магнетронов, систему напуска газа и систему крепления напыляе-

мых образцов. С использованием данной схемы компоновки вакуумной камеры нанесение многослойного покрытия возможно только при замене мишени на магнетроне или изменении положения подложки. В результате этих действий нанесенное покрытие вступает в реакцию с поступающими в камеру атмосферными газами. Продуктами реакции являются оксидные пленки, образующиеся на поверхности покрытия. При дальнейшем осаждении нового слоя оксидная пленка образует прослойку, влияющую на показатель адгезии покрытия и в результате на эксплуатационную эффективность.

Также выявлено, что для улучшения адгезии металлического покрытия с подложкой из полимерного композиционного материала (ПКМ) необходимо термически воздействовать на подложку перед непосредственным осаждением покрытия. Данная операция может осуществляться при помощи нагревательного элемента, установленного в вакуумную камеру и на-

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

правленного на напыляемые образцы. Контроль температуры подложки целесообразно осуществлять с помощью пирометра.

С учетом всех вышеперечисленных требований для эффективного напыления многослойного покрытия на подложку из ПКМ была спроектирована новая схема компоновки вакуумной камеры (см. рисунок).

Е- ^—

Взаимное размещение компонентов вакуумной камеры: 1 - подложки; 2 - магнетроны; 3 - ионный источник;

4 - нагревательный элемент

Подложки, ширина каждой 510 мм, длинна 770 мм, установлены на манипулятор. Манипулятор крепится на верхнем фланце камеры через изолированный во-доохлаждаемый вакуумный вывод. Манипулятор с подложками вращается вокруг установленного в центре оборудования при помощи шагового двигателя. Таким образом, может осуществляться изменение положения подложек относительно магнетронов, ионного источника и нагревателя.

Каждый из установленного магнетрона имеет рабочую зону 100^900 мм2, на задней стороне магнетрона размещаются выводы охлаждения и электричества. Габаритные размеры магнетрона 40*140*940 мм.

Ионный источник имеет следующие размеры излучателя: длина зоны 900 мм, ширина 50 мм. Предназначен для очистки поверхности подложки потоком ионов перед осаждением покрытия, так как химическая отчистка не исключает остаточных включений на поверхности образцов, что влияет на качество нанесенного слоя [5].

Нагревательный элемент позволяет термически воздействовать на подложки в зоне длиной 900 мм и шириной 50 мм, в диапазоне температур до 500 оС.

Для реализации процесса нанесения покрытия необходимо наличие следующего внешнего оборудования:

1. Биполярный источник питания магнетрона мощностью 12 кВт.

2. Ионный источник питания мощностью 3 кВт.

3. Система напуска газа.

4. Пирометр для контроля температуры подложки.

5. Компьютерная система управления оборудованием.

В результате разработана схема компоновки оборудования вакуумной камеры, позволяющая получать более качественные многослойные покрытия за счет проведения подготовительных процессов и процесса осаждения нескольких слоев покрытия за один непрерывный цикл.

Благодаря увеличению количества магнетронов и оптимальному расположению манипулятора с подложками, занимающего максимальный объем, увеличено количество одновременно напыляемых образцов. При помощи ионного излучателя и нагревательного элемента возможна наиболее полная подготовка поверхности подложки перед нанесением покрытия, что благоприятно влияет на адгезию, а значит, на качество напыляемого покрытия.

Библиографические ссылки

1. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. М. : Высшая школа, 1988. 432с.

2. Метрикин А. А. Антенны и волноводы РРЛ. М. : Связь, 1977. 184 с.

3. Кудинов В. В., Бобров Г. В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. М. : Металлургия, 1992. 432 с.

4. Вакуумная техника : учеб. пособие / Т. Т. Ере-ско, И. И. Хоменко ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2006. 88 с.

5. Вакуумное оборудование тонкопленочной технологии производства изделий электротехники : учебник для студентов специальности «Электронное машиностроение» В 2 т. / Н. В. Василенко, Е. Н. Ивашов, Л. В. Ковалев [и др.] ; под ред. А. Н. Ковалева, Н. В. Василенко ; Сиб. аэрокосмич. акад. Красноярск, 1995. 256 с.

References

1. Sazonov D. M. Antenny i ustrojstva SVCh [Antennas and microwave devices]. M. : Vysshaya shkola. 1988. 431 s.

2. Metrikin A. A. Antenny I volnovoy RRL [Antennas and waveguides RRL]. M. : Svyaz. 1977. 184 s.

3. Kudinov V. V., Bobrov G. V. Nanesenie pokrytiy napyleniem. Teoriya, tekhnologiya i oborudovanie [Spray coating. The theory, technology and equipment]. Moscow : Metallurgiya Publ., 1992. 432 s.

4. Vakuumnaya technika [Vacuum technology]: Proc. manual / T. T. Eresko, I. I. Khomenko ; SibSAU. Krasnoyarsk, 2006. 88 s.

5. Vakuumnoe oborudovanie tonkoplenochnoy ntchnologii proizvodstva izdelii elektrotechniki [Vacuum equipment manufacturing thin-film technology electrical products]: uchebnik dlya studentov speciaknosti "Elektronnoe mashinostroenie" / N. V. Vasilenko, E. N. Ivashov, L. V. Kovalev and others ; Ed. by A. N. Kovaleva, N. V. Vasilenko ; Siberian Aerospace Academy. Krasnoyarsk, 1995. 256 s.

© Зоммер С. А., Хоменко И. И., 2015