Разработка системы непрерывного нанесения радиоотражающих покрытий на рефлекторы Ka-диапазона Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 629.78.002.3

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО НАНЕСЕНИЯ РАДИООТРАЖАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ НА РЕФЛЕКТОРЫ Ka-ДИАПАЗОНА

С. А. Зоммер, И. И. Хоменко, А. Е. Михеев, А. В. Гирн, Д. В. Раводина

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: semen_zommer@mail.ru

Описывается схема размещения напылительного оборудования для вакуумной камеры, позволяющая наносить многослойные радиоотражающие покрытия на рефлекторы антенн Ка-диапазона за один непрерывный цикл.

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

DEVELOPMENT OF CONTINUOUS SPRAYING SYSTEM REFLECTIVE COATINGS ON Ka-RANGE REFLECTOR

S. A. Zommer, I. I. Khomenko, A. E. Mikheev, A. V. Girn, D. V. Иауо^па

Reshetnev Siberian State Aerospace University

31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: semen_zommer@mail.ru

The paper describes the layout of sputter equipment for the vacuum chamber, allowing to apply reflective multilayer coating on the reflectors of antennas Ka-range in one continuous cycle.

Keywords: vacuum deposition, multilayer coating, reflector antennas.

В настоящее время Ka-диапазон находит широкое применение в спутниковой связи для передачи целевой и телеметрической информации. В конструкции антенных систем космических аппаратов широко применяются различные марки углепластика [1; 2].

К рефлекторам антенных систем космических аппаратов предъявляются следующие технические требования:

- минимальную массу;

- максимальный коэффициент отражения высокочастотного сигнала;

- срок службы не менее 15 лет.

Для обеспечения необходимого коэффициента радиоотражения на рефлектор из углепластика необходимо наносить многослойное радиоотражающее покрытие, обеспечивающее работоспособность в Ка-диапазоне [3].

Для получения радиоотражающего покрытия с требуемыми параметрами целесообразно наносить многослойное покрытие, процесс получения которого состоит из следующих этапов:

- подготовка поверхности под нанесение слоев;

- осаждение адгезионного подслоя (NiCr = 0,1-0,3 мкм);

- осаждение радиоотражающего слоя Al (99,999) = 0,6 мкм;

- осаждение защитной пленки SiO2 = 0,1 мкм.

Подготовка поверхности перед нанесением покрытий заключается в предварительном обезжиривании поверхности бензином БР-1(нефраз) перед загрузкой образцов в вакуумную камеру. Затем в вакуумной камере производится термическая дегазация и ионная очистка поверхности рефлекторов.

После подготовительных операций производится нанесение подслоя NiCr. Данный подслой является адгезионным, позволяет компенсировать напряжения, возникающие в результате отрицательного действия разности коэффициентов линейного расширения подложки и напыляемого покрытия.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

После нанесения адгезионного подслоя осуществляется осаждение радиоотражающего слоя чистого А1. Тонкопленочное алюминиевое покрытие позволяет обеспечивать необходимый коэффициент радиоотражения, при этом выгоден в экономическом плане.

Заключительным этапом является нанесение защитного слоя 8Ю2. Данный слой предназначен для защиты рефлектора от механических воздействий и воздействия внешних факторов окружающей среды. Также при напылении данного слоя сразу после нанесения радиитражающего слоя, 8Ю2 позволяет предотвратить окисление металла после извлечения изделий из вакуумной камеры [4-6].

Для проведения всех вышеперечисленных операций по напылению многослойных радиоора-жающих покрытий на рефлектора Ка-диапазона разработана схема компоновки вакуумной камеры, позволяющая производить все операции подготовки и напыления за один непрерывный цикл (см. рисунок).

Четыре рефлектора, диаметр зеркала каждого 820 мм, глубина 200 мм, установлены на манипуляторе. Манипулятору передается вращение от закрепленного на крышке камеры двигателя через изолированный водоохлаждаемый вакуумный вывод. Манипулятор с подложками вращается вокруг установленного на стенках камеры оборудования при помощи двигателя постоянного тока. Таким образом может осуществляться изменение положения подложек относительно магнетронов, ионного источника и нагревателя.

Ионный источник 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 диапазоне температур до 500 оС.

Каждый магнетрона имеет рабочую зону, на задней стороне магнетрона размещаются выводы охлаждения и электричества.

Для защиты мишеней магнетронов, нагревательного элемента и ионного источника от нежелательного осаждения на них покрытия при работе одного из магнетронов, в вакуумной камере предусмотрена система экранов. На каждом элементе установлен экран, который открывается только при работе этого элемента, и закрывается при окончании его работы.

Для реализации процесса нанесения покрытия необходимо наличие следующего внешнего оборудования:

- биполярный источник питания магнетрона;

- источник питания ионного источника;

- система напуска газа;

- пирометр для контроля температуры подложки;

- компьютерная система управления оборудования.

Взаимное размещение компонентов вакуумной камеры: 1 - корпус вакуумной камеры; 2 - четыре рефлектора; 3 - ионный источник; 4 - нагревательный элемент; 5 - три магнетрона

В результате разработана система, 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. : Высш. шк., 1988. 432 с.

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

5. Вакуумное оборудование тонкопленочной технологии производства изделий электротехники. В 2 т. : учебник для студентов специальности «Электронное машиностроение». / 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.

6. Зоммер С. А., Хоменко И. И. Разработка схемы вакуумной камеры для нанесения многослойных радиоотражающих покрытий на рефлектора Ка-диапазона // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 55-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева (10-14 нояб. 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. Ч. 1. 604 с.

© Зоммер С. А., Хоменко И. И., Михеев А. Е., Гирн А. В., Раводина Д. В., 2016