Научная статья на тему 'Влияние деструктивных факторов окружающей среды на свойства радиоотражающих покрытий рефлекторов антенн из полимерных композиционных материалов'

Влияние деструктивных факторов окружающей среды на свойства радиоотражающих покрытий рефлекторов антенн из полимерных композиционных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
424
55
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВАКУУМНОЕ НАПЫЛЕНИЕ / МНОГОСЛОЙНОЕ ПОКРЫТИЕ / РЕФЛЕКТОРЫ АНТЕНН / ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ / VACUUM DEPOSITION / COATING STACK REFLECTOR ANTENNAS / POLYMERIC COMPOSITES

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Михеев А.Е., Гирн А.В., Раводина Д.В., Хоменко И.И., Алякрецкий Р.В.

Рассмотрено влияние деструктивных факторов окружающей среды, таких как влажность, перепад температур, ультрафиолетовое излучение, на адгезионную прочность, микроструктуру и радиоотражающие свойства покрытий на рефлекторах антенн из полимерных композиционных материалов (ПКМ). В качестве образцов использовались углепластики и стеклопластики различных схем армирования. Радиоотражающие покрытия представляют собой многослойную композицию, нанесенную методом вакуумной металлизации магнетронным способом. Для нанесения покрытий была разработана схема компоновки вакуумной камеры, позволяющая наносить многослойные покрытия на изделия большой площади за одну загрузку камеры, что позволяет повысить качество и производительность процесса нанесения покрытия. Для проведения исследований было проведено напыление однои двухслойных покрытий на образцы из углепластика и стеклопластика. После нанесения покрытий были проведены испытания полученных образцов в климатической камере. Проведены исследования адгезионной прочности нанесенных покрытий до и после климатических испытаний, которые показали, что двухслойные покрытия имеют большую прочность сцепления, чем однослойные. У однослойных покрытий адгезия составляет 1-2 балла, у двухслойных 0-1 балл по ISO 2490. Заметного влияния деструктивных факторов на адгезионную прочность не выявлено. Исследования морфологии и элементный анализ покрытий показали, что покрытие распределено равномерно по поверхности и заметных изменений после испытаний в климатической камере не обнаружено. Таким образом, можно сделать вывод о том, что покрытия, нанесенные по предложенной технологии, являются стойкими к действию окружающей среды и могут быть использованы в качестве радиоотражающих покрытий наземных рефлекторов антенн.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Михеев А.Е., Гирн А.В., Раводина Д.В., Хоменко И.И., Алякрецкий Р.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DESTRUCTIVE EFFECTS OF ENVIRONMENTAL FACTORS ON THE PROPERTIES OF RADIO reflective coating FOR antenna reflectorS from the polymeric composite materials

In this case study the influence of destructive environmental factors such as humidity, temperature and UV radiation on the adhesive strength, microstructure and properties of coatings of radio-reflectivity antenna reflectors made of polymeric composite materials (PCM) has been analyzed. For the test samples we used carbon and fiberglass units with various reinforcement schemes. Radio-reflective coated surfaces are multi-layer composition, which has been applied by vacuum metallization method via magnetron usage. For the coating we’ve designed the layout drawing for the vacuum chamber, which enables a multi-layer coating process to be applied to large surface area of a product per load. This helps to improve the quality and performance of the coating process. Sputtering of oneand two-layer coatings on samples of carbon fiber and fiberglass has been made for the research purposes. When the coating process was completed, the samples were tested in climatic chamber. Studies of adhesion strength of coated samples before and after environmental tests have shown that the double-layered coated samples have greater cohesive strength than the monolayer. In single-layer coating adhesion is 1-2score at the bilayer 0-1 score in ISO 2490. A noticeable influence of destructive factors on the adhesion strength is not revealed. Morphology and elemental analysis of the coating showed that the coating is distributed uniformly over the surface and noticeable changes after the test in a climatic chamber have been detected. Therefore, it could be concluded that the coatings deposited according to the proposed technology are resistant to the environment and can be used as coatings radio-reflectivity terrestrial reflector antenna.

Текст научной работы на тему «Влияние деструктивных факторов окружающей среды на свойства радиоотражающих покрытий рефлекторов антенн из полимерных композиционных материалов»

УДК 681.516.75

Вестник СибГАУ Т. 16, № 4. С. 898-906

ВЛИЯНИЕ ДЕСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА СВОЙСТВА РАДИООТРАЖАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ РЕФЛЕКТОРОВ АНТЕНН ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

А. Е. Михеев1, А. В. Гирн1, Д. В. Раводина1, И. И. Хоменко1, Р. В. Алякрецкий2

1Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: vah@iss-reshetnev.ru

Рассмотрено влияние деструктивных факторов окружающей среды, таких как влажность, перепад температур, ультрафиолетовое излучение, на адгезионную прочность, микроструктуру и радиоотражающие свойства покрытий на рефлекторах антенн из полимерных композиционных материалов (ПКМ). В качестве образцов использовались углепластики и стеклопластики различных схем армирования. Радиоотражающие покрытия представляют собой многослойную композицию, нанесенную методом вакуумной металлизации маг-нетронным способом. Для нанесения покрытий была разработана схема компоновки вакуумной камеры, позволяющая наносить многослойные покрытия на изделия большой площади за одну загрузку камеры, что позволяет повысить качество и производительность процесса нанесения покрытия. Для проведения исследований было проведено напыление одно- и двухслойных покрытий на образцы из углепластика и стеклопластика. После нанесения покрытий были проведены испытания полученных образцов в климатической камере. Проведены исследования адгезионной прочности нанесенных покрытий до и после климатических испытаний, которые показали, что двухслойные покрытия имеют большую прочность сцепления, чем однослойные. У однослойных покрытий адгезия составляет 1-2 балла, у двухслойных — 0—1 балл по ISO 2490. Заметного влияния деструктивных факторов на адгезионную прочность не выявлено. Исследования морфологии и элементный анализ покрытий показали, что покрытие распределено равномерно по поверхности и заметных изменений после испытаний в климатической камере не обнаружено. Таким образом, можно сделать вывод о том, что покрытия, нанесенные по предложенной технологии, являются стойкими к действию окружающей среды и могут быть использованы в качестве радиоотражающих покрытий наземных рефлекторов антенн.

Ключевые слова: вакуумное напыление, многослойное покрытие, рефлекторы антенн, полимерные композиционные материалы.

Vestnik SibGAU Vol. 16, No. 4, P. 898-906

DESTRUCTIVE EFFECTS OF ENVIRONMENTAL FACTORS ON THE PROPERTIES OF RADIO REFLECTIVE COATING FOR ANTENNA REFLECTORS FROM THE POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS

A. E. Miheev1, A. V. Girn1, D. V. Ravodina1, I. I. Khomenko1, R. V. Alyakretskiy2

1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2 JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin St., Zheleznogorsk, 662972, Russian Federation E-mail: vah@iss-reshetnev.ru

In this case study the influence of destructive environmental factors such as humidity, temperature and UV radiation on the adhesive strength, microstructure and properties of coatings of radio-reflectivity antenna reflectors made of polymeric composite materials (PCM) has been analyzed. For the test samples we used carbon and fiberglass units with various reinforcement schemes.

Radio-reflective coated surfaces are multi-layer composition, which has been applied by vacuum metallization method via magnetron usage. For the coating we've designed the layout drawing for the vacuum chamber, which enables a multi-layer coating process to be applied to large surface area of a product per load. This helps to improve the quality and performance of the coating process.

Sputtering of one- and two-layer coatings on samples of carbon fiber and fiberglass has been made for the research purposes. When the coating process was completed, the samples were tested in climatic chamber.

Studies of adhesion strength of coated samples before and after environmental tests have shown that the double-layered coated samples have greater cohesive strength than the monolayer. In single-layer coating adhesion is 1— 2score at the bilayer - 0-1 score in ISO 2490.

A noticeable influence of destructive factors on the adhesion strength is not revealed. Morphology and elemental analysis of the coating showed that the coating is distributed uniformly over the surface and noticeable changes after the test in a climatic chamber have been detected.

Therefore, it could be concluded that the coatings deposited according to the proposed technology are resistant to the environment and can be used as coatings radio-reflectivity terrestrial reflector antenna.

Keywords: vacuum deposition, coating stack reflector antennas, polymeric composites.

Введение. Для развития современной телекоммуникационной техники необходимо решить проблему создания агрегатов с новыми сочетаниями свойств, которые нельзя обеспечить, применяя только металлы и традиционные технологические методы. Для обеспечения высокого уровня научных разработок и обеспечения конкурентных позиций отечественных производителей наземных систем связи необходимо разрабатывать перспективные методы проектирования и технологические процессы изготовления антенных рефлекторов.

Основной задачей, стоящей перед антенным рефлектором, является усиление сигнала. Эффективность решения этой задачи зависит от двух основных факторов: точность исполнения отражающей поверхности рефлекторов, задаваемая средним значением квадратичного отклонения (СКО) реальной поверхности от геометрической, и коэффициент отражения поверхности рефлектора. При этом важным является не только достижение заданных значений СКО, но и сохранение этих характеристик при различных условиях эксплуатации антенного рефлектора в условиях деструктивных факторов окружающей среды.

Основными дестабилизирующими факторами, воздействующими на антенный рефлектор, являются ветер, дождевание, тепловые колебания, ультрафиолетовое воздействие.

В настоящее время антенные конструкции, стойкие к ветровым нагрузкам, дождеванию, циклическому изменению температуры, обладающие высокой жесткостью, прочностью, близким к нулю коэффициентом температурного расширения, создаются, как правило, из композиционных материалов на полимерной основе. Прочность таких материалов позволяет заменить ими многие металлические детали, а их высокие удельные характеристики - значительно уменьшить массу изделий. В связи с этим в последнее время перспективным направлением науки и техники является изготовление рефлекторов из ПКМ (углепластика и стеклопластика). Уникальной возможностью полимерных углепластиков является ярко выраженная анизотропия свойств армированных слоев, которая наряду с наличием больших технологических возможностей по реализации практически любых схем армирования позволяет получать конструкции с большим отрицательным коэффициентом линейного термического расширения, чем КЛТР исходного армированного слоя [1; 2].

Анализ литературных данных указывает на несколько важных моментов. Первый момент связан с тем, что большая часть работ по данной тематике посвящена космическому назначению антенных рефлекторов [3-5]. Другим важным моментом является тот факт, что при наличии на рынке антенных рефлекторов из ПКМ наземного использования наблюдается очень малое количество публикаций по вопросам влияния условий эксплуатации таких рефлекторов на качество связи. Все это обусловливает актуальность настоящего исследования.

В состав изготавливаемых современных систем связи входят высокоточные углепластиковые рефлекторы антенн диаметром от 0,6 до 3,0 м, работающие в высокочастотных (Ки-, К-, Ка-) диапазонах. Их преимущество заключается в том, что малые длины волн и высокая частота передачи и приема информации позволяют передавать большие объемы информации, предоставлять более качественные услуги связи. Кроме того, занятость более низких диапазонов частот с каждым годом растет, вынуждая операторов систем связи переходить на более высокие частоты [3-6]. Собственное отражение радиосигнала у углепластика в высокочастотном диапазоне недостаточное (85-92 %). Для повышения эффективности антенно-фидерных систем необходимо обеспечить максимальное отражение радиоизлучения рефлекторами антенн с целью увеличения мощности излучения и отношения сигнал/шум. Нанесение на рабочую поверхность рефлектора тонкопленочного покрытия из металла с высокой электропроводностью должно придать требуемое значение коэффициента отражения поверхности рефлектора. Тонкоплёночное покрытие представляет собой многослойную структуру, где каждый слой отвечает за определённую функцию [7-9]. При создании ра-диоотражающего покрытия необходимо учитывать множество факторов, непосредственно влияющих на возможность применения разработанной схемы в конструкции АФС, начиная со структуры (изотропности) поверхности углепластиковой подложки, состава, толщины материалов слоев радиоотражающего покрытия, согласования их электрохимических, тепловых, адгезионных, прочностных характеристик и заканчивая стабильностью характеристик покрытий к воздействию деструктивных факторов.

Технология изготовления рефлекторных антенн предполагает, что метод осаждения покрытия должен обеспечивать равномерность его толщины по всей площади подложки. В первую очередь это связано

с тем, что тонкие пленки при разных толщинах могут отличаться уровнем проводимости, что напрямую влияет на коэффициент отражения излучения [7].

В течение эксплуатации поверхность радиоотра-жающих покрытий антенных рефлекторов подвергается различным воздействиям, которые могут ухудшать эксплуатационные характеристики покрытия, а также самого рефлектора. Так, основными факторами воздействия являются влага, обмерзание поверхности рефлектора, воздействие пылью, песком или другими частицами [10]. В связи с этим существует потребность исследования влияния деструктивных факторов на характеристики покрытий рефлекторов.

Экспериментальные исследования. Для проведения исследований было проведено напыление одно-и двухслойных покрытий на образцы из углепластиков и стеклопластиков. Однослойное покрытие состояло только из радиоотражающего слоя - алюминия. В двухслойных покрытиях первый слой материала - это подслой, связывающий основной функциональный слой и подложку, а второй - основной функциональный слой материала, выполняющий функцию радиоотражения. Подслой выполняет две функции: обеспечивает прочную адгезионную связь с материалами подложки и основного покрытия и гальванически разделяет углеродсодержащую подложку (углепластик) и алюминий. Нами был выбран нихром, имеющий высокие адгезионные характеристики к неметаллам и металлам, химическую устойчивость, коэффициент температурного расширения, промежуточный по сравнению с углепластиком и алюминием, низкую стоимость, доступность и хорошие технологические свойства. Толщина подслоя из нихрома предварительно определена в указанном ранее [4] диапазоне: от 50 до 200 нм. Выбор толщины радиоот-ражающего слоя алюминия проведен с учетом результатов предыдущих работ [11].

Для защиты композиции от внешних факторов может применяться третий, защитный, радиопрозрачный слой, защищающий радиоотражающий слой от механических, коррозионных и прочих повреждений. Этот слой может быть выполнен из оксидов металлов и неметаллов или полимеров. В большинстве случаев для защиты антенн космических аппаратов от истира-

ния применяют покрытия из оксида кремня толщиной 10 до 200 нм. Испытание экспериментальных образцов [10; 12; 13] показали, что слой оксида кремния ввиду его малой толщины не дает эффективной защиты антенных рефлекторов наземных систем связи от деструктивных факторов окружающей среды, а также данный метод является затратным, поэтому в качестве защитного слоя целесообразнее использовать радиопрозрачные полимерные покрытия.

Для отработки технологий вакуумного нанесения покрытий была изготовлена серия образцов радиоот-ражающих покрытий на углепластике и стеклопластике методом магнетронного распыления. Изготовленные образцы представлены на рис. 1.

Для нанесения радиоотражающих покрытий была разработана и изготовлена вакуумная установка маг-нетронного испарения, позволяющая наносить многослойные покрытия и проводить дегазацию и очистку подложки за один цикл. Данная установка может наносить различные металлы и их соединения, а также позволяет работать в различных режимах и диапазонах работы.

В настоящее время самым перспективным способом для нанесения радиоотражающего слоя на рефлекторы антенн является ионно-плазменный [7; 14-17]. Данный способ позволяет наносить как однослойные, так и многослойные покрытия без извлечения изделия из вакуумной камеры, что приводит к повышению качества получаемого слоя, позволяет контролировать скорость нанесения и толщину покрытия, а также дает возможность наносить различные соединения металлов (оксиды, карбиды, нитриды). Технология ионно-плазменного нанесения многослойных радиоотра-жающих покрытий на изделия различной геометрии и большой площади весьма сложна. Она требует взаимодействия многих систем и агрегатов высоковакуумной установки (системы термического отжига, магнетронов и ионных источников, напуска рабочего газа, механических приводов, систем контроля и т. д.) в реальном масштабе времени [8; 14; 17-19]. Все это обусловливает необходимость создания автоматической системы управления установкой и формулирует требования к ней.

Рис. 1. Образцы с покрытием (лицевая сторона и тыльная сторона)

Разработанная установка состоит из вакуумной камеры из нержавеющей стали с охлаждающим контуром (рис. 2). Внутренние размеры камеры: диаметр -800 мм; высота - 1100 мм.

Основой установки являются два вакуумных насоса - форвакуумный и турбомолекулярный, которые позволяют создавать в установке вакуум на уровне 10-4 Па. В состав разработанного рабочего оборудования для нанесения покрытий на рефлекторы антенн входит протяженная магнетронная распылительная система APEL-ML-1000 с габаритными размерами 40x140x940 мм.

Схема вакуумной установки и расположение рабочих элементов показано на рис 3. Подложки с образцами, устанавливаются на манипулятор, который крепится на верхнем фланце камеры через изолированный водоохлаждаемый 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.

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.

Нагревательный элемент позволяет термически воздействовать на подложки с целью улучшения адгезионной прочности между покрытием и подложкой. Процедура осаждения радиоотражающего покрытия на поверхность рефлектора на установке включает в себя следующие операции:

- тепловая дегазация рефлектора;

- очистка поверхности рефлектора с помощью ионного пучка;

- осаждение адгезионного слоя из сплава №-Сг;

- осаждение плёнки алюминия.

Рис. 2. Внешний вид вакуумной установки

Параметры обработки варьировались в следующих пределах:

- мощность 0,5-1,5 кВт;

- ток 1-4 А;

- напряжение 350-432 В;

- давление в камере 1,8-10-1—3,1 •ÎO-1 Па;

- время 60-1200 с.

Для напыления использовали мишени из нихрома X20H80 ГОСТ 10994 и алюминия чистотой 99,999 по ГОСТ 25905.

После нанесения покрытий на образцах из ПКМ были проведены ускоренные климатические испытания (УКИ). Для определения влияния деструктивных факторов окружающей среды до и после УКИ была проведена оценка адгезионной прочности, измерение толщины и массы образцов с покрытием и исследована морфология и стехиометрический состав покрытий.

Исследования влияния деструктивных факторов окружающей среды на образцы из ПКМ проводили в испытательной климатической камере ATLAS Weather-Ometer Ci 3000+, внешний вид и схема которой приведены на рис. 4. Камера позволяет моделировать воздействие повышенной температуры и относительной влажности воздуха, дождевых осадков и солнечного излучения. Оборудование оснащено ксеноно-выми лампами, имеющими наиболее близкий спектр излучения к дневному свету, что облегчает корреляцию с экспозициями при дневном свете.

Испытания проводились согласно ГОСТ РВ 20.57.416 [12; 13] в течение 120 ч, с перерывом по 16 ч. Интенсивность излучения составила порядка 300-800 нм, и интегральная плотность теплового потока - 1120 Вт/м2, включая излучение, отражаемое от стенок камеры. Интенсивность УФ-излучения была равна 69 Вт/м2. Испытания проводились при влажности до 98 % и температуре до +70 °C. Размещение образцов в камере изображено на рис. 5.

1

Рис. 3. Взаимное размещение компонентов вакуумной камеры: 1 - подложки; 2 - магнетроны; 3 - ионный источник; 4 - нагревательный элемент

Рис. 4. Внешний вид (а) и схема (б) климатической камеры: 1 - образцы; 2 - вращающийся барабан с закрепленными на нем образцами; 3 - ксеноновая лампа

Рис. 5. Вращающийся барабан с размещенными на нем образцами из углепластика и стеклопластика

В перечень определяемых показателей до и после УКИ входит:

- внешний вид радиоотражающего покрытия;

- изменение массы образца контролировали на весах ВЛАО -20 г;

- толщину напыленных слоев алюминия и нихрома определяли на стеклянных образцах-свидетелях на микроинтерферометре МИИ-4;

- определение адгезионной прочности определяли методом поперечных надрезов с помощью тестера адгезии ELCOMETR-107;

- исследование морфологии осуществлялось на низковакуумном сканирующем электронном микроскопе ТМ-3000 (Hitachi);

- исследования химического состава покрытия проводили с помощью энергодисперсионного спек-

трометра с системой микрорентгеноспектрального анализа Quantax-70 (Вгикег);

- коэффициент радиоотражения измеряли волно-водным методом с помощью генератора Апг^и М03696В, аттенюатора Д3-35 и измерительной линии Р1-30.

Результаты и обсуждения. Осмотр внешнего вида образцов радиоотражающих покрытий показал, что после проведенных ускоренных испытаний внешний вид покрытий не изменился. Измерение массы образцов и толщины покрытий до и после УКИ показали, что они остались неизменными, в пределах погрешности приборов. На образцах радиоотражающих покрытий на углепластике без адгезионного подслоя наблюдается незначительное ухудшение адгезии. Так, у однослойного покрытия адгезия составляет 1-2 бал-

ла по ISO 2490, в то время как двухслойное покрытие «нихром + алюминий» имеет адгезию 0-1 балл. Возможно, это может быть объяснено возникновением электрохимического взаимодействия алюминия и уг-леволокна, что приводит к коррозионным повреждениям. В то же время уменьшение адгезии после УКИ не наблюдается ни у двухслойных, ни у однослойных покрытий. Одно- и двухслойные покрытия на образцах стеклопластика имеют хорошую адгезионную прочность как до, так и после УКИ. В среднем она составляет 0-1 балл по ISO 2490.

Исследования морфологии и химического состава покрытий проводили на низковакуумном сканирующем электронном микроскопе ТМ-3000 (Hitachi) со встроенным энергодисперсионным спектрометром и системой микрорентгеноспектрального анализа Quantax-70 (Bruker) (изображения получали в обратно отраженных электронах при ускоряющем напряжении 15 кВ). Результаты представлены на рис. 6-10.

Выявлено, что образцы с покрытиями имеют дефекты в виде пор размерами 1-10 мкм, выступающих волокон на поверхность материала, неровностей и пр. (рис. 6, а). Данные дефекты возникли на этапе произ-

водства углепластиков и стеклопластиков и очевидно связаны с несовершенством технологии получения образцов из ПКМ. На участках материала, где отсутствуют дефекты, покрытие нанесено равномерно, дефектов на покрытиях не выявлено (рис. 6, б).

Химический анализ образцов до УКИ, результаты которого представлены на рис. 7, 8 показал, что в покрытиях есть большое количество алюминия и кислорода, а также углерода, который входит в состав ПКМ. Вследствие того, что нанесенные слои имеют малую толщину, на результаты стехиометрического анализа большое влияние оказывает состав образцов из ПКМ (углерод, азот), тем не менее анализ отчетливо показывает равномерное распределение алюминия на поверхности образца (рис. 8). Наличие кислорода объясняется присутствием оксидной пленки на поверхности алюминия.

На электронно-микроскопических изображениях образцов после проведения УКИ поры в покрытии также не выявлены, покрытие равномерное, следы коррозионного разрушения и отслаивание покрытия не обнаружено.

Рис. 6. Поверхность однослойного покрытия на образце из углепластика до УКИ:

х100 (а); х1000 (б)

Рис. 7. Результаты химического анализа образца из ПКМ до УКИ (распределение элементов по поверхности)

Алина линии сканирования / мкм

Рис. 8. Распределение химических элементов по поверхности образца с покрытием до УКИ

Рис. 9. Поверхность однослойного покрытия на образце из углепластика после УКИ:

х100 (а); х1000 (б)

Рис. 10. Результаты химического анализа образца из ПКМ после УКИ (распределение элементов по поверхности)

Следует отметить незначительное увеличение содержания кислорода в образцах после проведения УКИ.

Измерения коэффициентов радиоотражения показали, что при частоте 24 ГГц коэффициенты радиоотражения всех образцов до и после УКИ соответствуют предъявляемым требованиям и составляют около 0,98.

Заключение. В результате работы была разработана схема компоновки оборудования вакуумной камеры, позволяющая получать более качественные многослойные покрытия. 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.

Были получены образцы из ПКМ с радиоотра-жающим покрытием, состоящим из двух слоев, для рефлекторов антенн наземного использования. Полученные образцы были исследованы на воздействие деструктивных факторов с помощью ускоренных климатических испытаний, была проведена оценка адгезионной прочности и исследована морфология и стехиометрический состав покрытия. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

- радиоотражающее покрытие на углепластике и стеклопластике имеет хорошую адгезионную прочность, в среднем она составляет 0-1 балл по ISO 2490; после проведения УКИ уменьшение адгезии не наблюдалось;

- образцы с покрытиями имеют дефекты в виде пор размерами 1-10 мкм, выступающих волокон на поверхность материала, неровностей и пр., которые возникли на этапе производства углепластиков и стеклопластиков. На участках материала, где отсутствуют дефекты, покрытие нанесено равномерно, дефектов на покрытиях не выявлено. На микрофотографиях образцов после проведения УКИ поры в покрытии также не выявлены, покрытие равномерное, следы коррозионного разрушения и отслаивание покрытия не обнаружены.

- химический анализ образцов до УКИ показал в покрытиях большое количество алюминия и кислорода, а также углерода, который входит в состав ПКМ.

- коэффициенты радиоотражения всех образцов до и после УКИ соответствуют предъявляемым требованиям и составляют около 0,98.

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации, государственный контракт № 2.G2531.0043, 2014/211, 9.447.2014/к.

Acknowledgments. This work was financially supported by the Ministry of Education of the Russian Federation, the state contract № 2.G2531.0043, 2014/211, 9.447.2014/k.

Библиографические ссылки

1. Baril S., Hellmich A. Qualifications large deployable reflector ka-band // EADS Space Transportation BP 3002 - 78133 Les Mureaux - France. 20 p.

2. The development of the design and development of the reflector in the company saab ericsson space / Malmborg Per [et al.] Gothenburg, Sweden: Saab Ericsson Space AB, SE-405. 15 р.

3. Stute Th. Optical reflectors mission planck esa. Eads-Astrium Gmbh : Friedrichshafen, 2008. P. 150-165.

4. Разработка технологии нанесения радиоотра-жающих покрытий / A. E. Михеев [и др.] // Вестник СибГАУ. 2013. № 4 (50). С. 222-226.

5. Пащенко О. В., Соловьев А. М., Юдаков С. В. Система управления промышленной установкой «КО/МРК» // Известия Томского политехн. ун-та.

2012. Т. 320, № 5. С. 100-104.

6. Характеристики радиоотражающих покрытий на образцах из полимерных композиционных материалов, изготовленных по технологии трансферного формования / A. E. Михеев [и др.] // Вестник СибГАУ 2014. № 4(56). С. 236-243.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. М. : Радио и связь, 1982. 72 с.

8. Плазменная технология осаждения отражающего покрытия на поверхность углепластика / О. Х. Асаи-нов [и др.] // Известия вузов. Сер. «Физика». 2011. Т. 54, № 11/2. С. 158-161.

9. Обработка поверхности материалов плазмой магнетронного разряда и ионными пучками / О. Х. Асаи-нов [и др.] // Известия вузов. Сер. «Физика». 2009. Т. 52, № 11/2. С. 172-175.

10. Испытание образцов радиоотражающих покрытий на стойкость к внешним воздействующим факторам / А. E. Михеев [и др.] // Вестник СибГАУ.

2013. № 4 (50). С. 227-230.

11. Mohan S. A., Ghanashyam Krishna M. Review of ion beam assisted deposition of optical thin films // Vacuum. 1995. Vol. 46, № 7. P. 645-659.

12. Испытания лабораторных образцов терморегу-лирующих покрытий углепластиковых элементов космических аппаратов / В. И. Халиманович [и др.] // Вестник СибГАУ. 2009. № 3(24). С. 110-115.

13. Исследование свойств защитных покрытий для космических аппаратов / А. E. Михеев [и др.] // Вестник СибГАУ. 2013. № 3(49). С. 217-224.

14. Жуков В. В., Кривобоков В. П., Янин С. Н. Распыление мишени при ассистировании магнетрон-ного разряда ионным пучком // Известия Томского политехн. ун-та. 2004. Т. 307, № 7. С. 40-45.

15. Исследование состава остаточного и плазмо-образующего газов в камере установки вакуумного напыления / А. E. Михеев [и др.] // Вестник СибГАУ. 2013. № 2 (48). С. 216-219.

16. Handbook of thin-film deposition process and techniques / edited by K. K. Schuegraf // Noyes Publications. New Jersey, 1988. 413 p.

17. Neumann M., Web Milde F., Schiller S. Coating by Reactive Plasma Activated Evaporation and Sputtering Processes // Society of Vacuum Coaters. 1996. № 39. P. 371-377.

18. CVD-processes by hollow cathode glow discharge / Hellmich A. [et al.] // Surf. Coat. Technol. 1998. Vol. 98. P. 1541-1546.

19. Bunshah R. F. Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings. Park Ridge, NJ : Noyes Publications. 1994. 131 p.

References

1. Baril S., Hellmich A. Qualifications large deployable reflector ka-band. EADS Space Transportation BP 3002 - 78133 Les Mureaux - France, 20 p.

2. Malmborg Per, Ingvarson Per, Petersson Mikael, Woxlin Karin. The development of the design and development of the reflector in the company saab ericsson space. Gothenburg, Sweden, Saab Ericsson Space AB, SE-405, 15 p.

3. Stute, Thomas. Optical reflectors mission planck esa / eads-astrium gmbh. Friedrichshafen, Germany, P. 150-165.

4. Mikheev A. E., Girn A. V., Kharlamov V. A., Chernyatina A. A., Khomenko I. I. [Development of technology for the application of radio-reflective coatings]. Vestnik SibGAU. 2013, No. 4(50), P. 222-226 (In Russ.).

5. Pashchenko O. V., Solov'ev A. M., Yudakov S. V. [Control systems for industrial installation "KO/MPK"]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2012, Vol. 320, No. 5, P. 100-104 (In Russ.).

6. Mikheev A. E., Chernyatina A. A., Evkin I. V., Vlasov A. Yu., Martynov V. A. [Features Radio reflective coatings on samples of polymeric composite materials made on technology transfer molding]. Vestnik SibGAU, 2014, No. 4(56), P. 236-243 (In Russ.).

7. Danilin B. S., Syrchin V. K. Magnetronnye ras-pylitel'nye sistemy [Magnetron sputtering systems]. Moscow, Radio i svyaz' Publ., 1982, 72 p.

8. Asainov O. Kh., Bainov D. D., Krivobokov V. P., Romanenko S. E., Chernyatina A.A. [The plasma deposition technique on the surface of the reflective coating CFRP]. Izvestiya vuzov. Ser. Fizika, 2011, Vol. 54, No. 11/2, P. 158-161 (In Russ.).

9. Asainov O. Kh., Bainov D. D., Krivobokov V. P., Yudakov S. V. [Surface treatment of materials by plasma magnetron discharge and ion beams]. Izvestiya vuzov. Ser. Fizika, 2009, Vol. 52, No. 11/2, P. 172-175 (In Russ.).

10. Mikheev A. E., Ivasev S. S., Kuznetsov A. B., Bashkov I. V., Ravodina D. V. [Test specimens radio reflective coatings for resistance to external factors]. Vestnik SibGAU, 2013, No. 4(50), P. 227-230 (In Russ.).

11. Mohan S. A review of ion beam assisted deposition of optical thin films. Vacuum, 1995, Vol. 46, No. 7, P. 645-659.

12. Khalimanovich V. I., Kharlamov V. A., Ermolaev R. A., Mikheev A. E., Girn A. V. [Testing laboratory samples thermal control coating of carbon fiber elements of outer units]. Vestnik SibGAU, 2009, No. 3(24), P.110-115 (In Russ.).

13. Mikheev A. E., Girn A. V., Ivasev S. S., Evkin I. V. [Investigation of the properties of protective coatings for spacecraft]. Vestnik SibGAU, 2013, No. 3(49), P. 217-224 (In Russ.).

14. Zhukov V. V., Krivobokov V. P., Yanin S. N. [Sputtering target for assisting Magnetron discharge ion beam]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2004, Vol. 307, No. 7, P. 40-45 (In Russ.).

15. Mikheev A. E., Kharlamov V. A., Kryuchek S. D., Chernyatina A. A., Khomenko I. I. [Study of the composition of the residual gas and plasma in the chamber vacuum coaters]. Vestnik SibGAU, 2013, No. 2(48), P. 216-219 (In Russ.).

16. Handbook of thin-film deposition process and techniques: edited by K. K. Schuegraf. Noyes Publications, New Jersey, 1988, 413 p.

17. Neumann M., Web Milde F., Schiller S. Coating by Reactive Plasma Activated Evaporation and Sputtering Processes. Society of Vacuum Coaters, 1996, No. 39, P. 371-377.

18. Hellmich A., Jung T., Kielhorn A., Ribland M. CVD-processes by hollow cathode glow discharge. Surf. Coat. Technol, 1998, Vol. 98, P. 1541-1546.

19. Bunshah R. F. Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings. Noyes Publications, Park Ridge, NJ, 1994, 131 p.

© MnxeeB A. E., TapH A. B., PaBO^HHa fl. B., XoMeHKO H. H., AnaKpeuKHH P. B., 2015

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.