CC BY
74Решетневскуе чтения. 2018
УДК 539.231
ТЕХНОЛОГИЯ ВАКУУМНО-МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОСМИЧЕСКОГО АПАРАТА
П. А. Орлин, М. С. Руденко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Описаны результаты нанесения радиоотражающих и защитных покрытий методом магнитного распыления на изделия из углепластика для обеспечения необходимых технических и эксплуатационных характеристик.
Ключевые слова: вакуумное напыление, магнетронное распыление, углепластик.
COATINGS APPLIED BY THE METHOD OF MAGNETIC SPRAY TO SATELLITES
P. A. Orlin, M. S. Rudenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article describes the results of applying various coatings by magnetic spraying to products made of CFRP to provide the necessary technical and operational characteristics.
Keywords: vacuum deposition, magnetron sputtering, carbon plastic.
При проектировании и изготовлении деталей и узлов спутников, эксплуатируемых в экстремальных условиях, всегда встает вопрос о выборе оптимальных конструкторско-технологических решений, для обеспечения требуемых технических характеристик. Процесс изготовление узлов изделий спутника связанны с широким использованием покрытий самого различного назначения. Покрытия, наносимые на рабочие поверхности деталей, определяют тактико-технические и эксплуатационные характеристики конструкций спутников. Одним из эффективных методов, обеспечивающим высокие эксплуатационные свойства покрытия, работающего в экстремальных условиях, является вакуумное напыление методом магнетронного распыления [1].
В Сибирском государственном университете науки и технологий (СибГУ им. М. Ф. Решетнева) на базе кафедры «Летательных аппаратов» была разработана и получена технология нанесения тонких покрытий методом магнетронного распыления на изделия из углепластика.
Углепластик представляет собой материал из переплетённых нитей углеродных волокон, расположенных в матрице из полимерных смол. Сочетание таких важных свойств, как высокая прочность, жесткость и малый удельный вес, предопределили его широкое распространение во многих сферах. В ракето-космической технике этот материал стал основой многих конструкций.
Рефлекторы антенно-фидерных систем так же изготавливают из углепластика (рис. 1). И для повышения радиоизлучающих свойств рефлектора на его поверхность наносят радиоотражающие покрытия.
В ходе исследования было выявлено, что радиоотра-жающие покрытия необходимо выполнять из трех слоев:
- первый слой нихрома - подслой материала, связывающий основной функциональный слой и подложку;
- второй слой алюминия - основной функциональный слой материала, выполняющий функцию радиоотражения;
- третий слой оксида кремния - защитный слой, защищающий основной слой от механических, коррозионных, и прочих повреждений.
1
Рис. 1. Рефлектор Ка-диапазона
Напыление производилось на вакуумной установке УВМ-1200Б. В данной вакуумной установке используется безмасляная система вакуумной откачки, включающая в себя форвакуумный и турбомолеку-лярный насосы. Внутри камеры располагаются три магнетрона с мишенями из необходимых материалов,
Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
что позволило производить напыление не вынимая изделие из вакуумной камеры [2].
При производстве панелей солнечных батарей для получения более высокого КПД на поверхности из углепластика необходимо наносить покрытия, обладающие более высокими светоотражающими свойствами (рис. 2). Данными свойствами обладают покрытия из алюминия.
Напыления покрытия производилось в три этапа:
1) выдерживание детали под глубоким вакуумом, для обезгаживания смол, чтобы избежать появления брака на покрытии;
2) ионная очистка, чтобы очистить поверхность от загрязнений;
3) непосредственно напыление в среде инертного газа (аргон).
Рис. 2. Панели солнечных батарей
Одной из перспективных направлений является разработка технологий нанесения нитрида титана (!Ш) в вакуумной камере методом магнетронного распыления на углепластиковые изделия [3]. Данное покрытие обладает высокими значениями показателей твердости и упругости, температуростойкости и химической инертности, высокой электро- и теплопроводности. Метод магнетронного распыления наилучшим способом подходит для осаждения тонких пленок нитрида титана, так как позволят получать покрытия без капельной фракции, с высокими функциональными характеристиками при скоростях осаждения, сравнимых с методом дугового испарения. Так же при данном методе распыления температурное воздействие на подложку не значительно. Технология нанесения покрытия усложняется тем, что необходимо найти оптимальное соотношение расхода азота и мощности подаваемой на магнетрон.
Рентгеноструктурные исследования покрытий были проведены с помощью рентгеновского энергодисперсионного спектрометра ЛЯЬ риЛЭТ'Х компании ТЪегшоТЗаепййс.
Полученные покрытия позволили достичь необходимых качественных характеристик поверхностей напыляемых изделий. В случае рефлектора были получены необходимый коэффициент радиоотражения и терморадиационные характеристики. Алюминиевое покрытие солнечных батарей повысило их светоотражающие свойства. Покрытия из нитрида титана позволили достичь таких требуемых технических характеристик, как износостойкость и температуростой-кость. Для оптимизации технологий с целью обеспечения заданных параметров покрытия необходимо
проведение операций по предварительной обработки углепластика: черновая и чистовая очистка поверхности, проведение мер по уменьшению степени загрязнение плазмообразующего газа, остаточно атмосферой камеры [4].
Библиографические ссылки
1. Характеристика радиоотражающих покрытий на образцах из полимерных композиционных материалов, изготовленных по технологии трансферного формования / А. Е. Михеев, А. А. Чернятина, И. В. Евкин и др. // Вестник СибГАУ. Вып. 4(56). С. 236.
2. Зоммер С. А., Хоменко И. Разработка схемы вакуумной камеры для нанесения многослойных ра-диоотражающих покрытий на рефлекторы Ka-диапазона // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф. (10-14 нояб. 2015, г. Красноярск). 2015. С. 18-19.
3. Свойства пленок нитрида титана, полученных методом магнетронного распыления / Ю. Н. Юрьев, К. С. Михневич, В. П. Кривобоков и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, № 4(3). С. 672-677.
4. Михеев А. Е., Колмыков В. А. Повышение эксплуатационных характеристик поверхностей элементов конструкций летательных аппаратов. Автоматизация процессов обработки. М. : МАКС Пресс, 2002. 224 с.
References
1. Miheev A. E., Chernyatina A. A., Evkin I. V. [Characterization of radio-reflective coatings on samples of polymeric composite materials manufactured using the technology of transfer molding] // "Kharakteristika ra-diootrazhayushchikh pokrytiy na obraztsakh iz polimernykh kompozitsionnykh materialov, izgotovlen-nykh po tekhnologii transfernogo formovaniya " // Vestnik SibSAU. № 4 (56). 236 p.
2. Zommer S. A, Homenko I., [Development of the scheme of a vacuum chamber for depositing multi-layer radio-reflective coatings on Ka-band reflectors] // "Raz-rabotka skhemy vakuumnoj kamery dlya naneseniya mnogoslojnyh radiootrazhayushchih pokrytij na reflek-tory Ka-diapazona"/ Reshetnevskie chteniya materialy XIX Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, 2015. P. 18-19.
3. Yurev Y. N., Mihnevich K. S., Krivobokov V. P. [Properties of titanium nitride films obtained by magnetron sputtering] // Svojstva plenok nitrida titana polu-chennyh metodom magnetronnogo raspyleniya / Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk, tom 16, № 4(3). 2014. P. 672-677.
4. Miheev A. E., Kolmykov V. A. [Improving the performance characteristics of the surfaces of structural elements of aircraft. Automation of processing processes] // Povyshenie ehkspluatacionnyh harakteristik poverh-nostej ehlementov konstrukcij letatelnyh apparatov Av-tomatizaciya processov obrabotki. M. : MAKS Press, 2002. 224 p.
© Орлин П. А., Руденко М. С., 2018
