CN108315692A - 一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法 - Google Patents

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王艺
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Abstract

本发明涉及一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法，属于天基预警雷达天线技术领域。本发明所述方法是在磁控溅射沉积金属膜的过程中引入激光冲击处理技术，使金属膜沉积过程与激光冲击处理过程交替进行，从而减少金属膜沉积过程中产生的残余应力，从而解决了制备厚(≥5μm)金属膜时存在的卷曲变形以及开裂脱落的问题；并且通过激光冲击处理能够改变金属膜的微观结构，减少金属膜表面缺陷，降低金属膜电阻率，改善所制备的金属膜/聚酰亚胺复合薄膜的电学性能和力学性能，同时也为我国制备高质量、高精度和轻量化天基导弹预警雷达柔性薄膜天线提供了一种有效制备方法。

Description

一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法
技术领域
本发明涉及一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法，属于天基预警雷达天线技术领域。
背景技术
天基预警雷达是全面获取空间、空中以及地面军事目标信息的重要手段，是夺取制信息权的重要保障。天基预警雷达平台位置高、视野开阔，不受国界、天气和时间的限制，可以对弹道导弹、战略轰炸机、在轨武器、其他卫星、舰船等空天或地面目标实施探测、跟踪、识别等一体化感知，为在全球范围内的作战和军事行动提供侦察情报保障。
天基预警雷达天线阵面面积可达几十甚至上百平米，天线阵面必须满足可折叠展开、轻型化和低功耗的要求。柔性薄膜天线是随着表面工程技术的发展而出现的一种新型的空间可展开天线，在天线展开尺寸和工作频率上具有明显优势，是目前发展最迅速的空间可展开天线技术。
目前用于天基预警雷达的柔性薄膜天线阵面是由聚酰亚胺膜基底镀金属膜构成的复合薄膜。金属膜通常是通过溅射、蒸发等方法镀制在聚酰亚胺基底上，然后再根据天线设计要求对金属膜层进行图形化或整体使用。我国目前正在研制的天基预警雷达天线试验件采用了铜膜/聚酰亚胺结构的复合薄膜，其中铜膜厚度需高达9μm以上。然而，如此厚的金属膜沉积在有机的聚酰亚胺基底上会产生非常大的残余应力，使薄膜产生严重弯曲变形、金属膜开裂脱落等现实问题，影响柔性薄膜天线的整体电学和力学性能。
发明内容
针对现有技术中在聚酰亚胺基底上制备厚金属膜时，存在金属膜卷曲变形，甚至开裂脱落的问题，本发明的目的在于提供一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法，主要是利用磁控溅射与激光冲击处理技术相结合，减少聚酰亚胺基底上沉积金属膜过程中产生的残余应力，改变金属膜的微观结构，降低金属膜的电阻率，从而解决了制备厚金属膜时存在的卷曲变形以及开裂脱落的问题，改善所制备的金属膜/聚酰亚胺复合薄膜的电学性能和力学性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法，所述方法步骤如下，
(1)采用磁控溅射方法在聚酰亚胺基底上沉积厚度为50nm～500nm的金属膜；
(2)选用纳秒激光器产生的能量密度为0.4GW/cm2～5GW/cm2的激光对金属膜进行冲击处理1～3次；
(3)在激光冲击处理后的金属膜上，按照先沉积金属膜再进行激光冲击处理的顺序，交替进行沉积金属膜和激光冲击处理的操作，直至在聚酰亚胺基底上沉积出所需要厚度的金属膜。
步骤(3)中，每次沉积的金属膜厚度分别独立为50nm～500nm；激光冲击处理的操作中，采用的激光能量密度为0.4GW/cm2～5GW/cm2，对每次沉积的金属膜进行冲击处理的次数为1～3次。
所述金属膜包括铜、铝、银以及铝合金等。
本发明所述方法适用于在聚酰亚胺基底上制备纳米级以及微米级的金属膜，尤其是制备总厚度不小于5μm的金属膜，能够避免现有技术在制备厚金属膜时存在卷曲变形以及开裂脱落的问题。
有益效果：
本发明所述方法是在磁控溅射沉积金属膜的过程中引入激光冲击处理技术，使金属膜沉积过程与激光冲击处理过程交替进行，从而减少金属膜沉积过程中产生的残余应力，尤其是避免了制备厚(≥5μm)金属膜时存在的卷曲变形以及开裂脱落的问题；并且通过激光冲击处理能够改变金属膜的微观结构，减少金属膜表面缺陷，降低金属膜电阻率，改善所制备的金属膜/聚酰亚胺复合薄膜的电学性能和力学性能，同时也为我国制备高质量、高精度和轻量化天基导弹预警雷达柔性薄膜天线提供了一种有效制备方法。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
在聚酰亚胺基底上制备总厚度为7.3μm的Cu膜的具体步骤如下：
(1)将厚度为50μm的聚酰亚胺薄膜放在真空室内，对真空室抽真空至真空室内压强为2.0×10-4Pa，随后用离子源对聚酰亚胺薄膜进行氩离子轰击处理，以提高Cu膜在聚酰亚胺薄膜上的附着力；其中，氩气流量为15sccm，离子束放电电压为280V，离子束电流为1A；
(2)采用直流磁控溅射方法在氩离子轰击处理后的聚酰亚胺薄膜上沉积Cu膜；其中，溅射压强0.5Pa，氩气流量40sccm，溅射功率100W，聚酰亚胺薄膜温度150℃，溅射时间10min；
(3)采用搭接法利用YAG激光对所沉积的Cu膜进行冲击处理；其中，激光能量密度2.39GW/cm2，激光冲击波长1.064μm，重复频率1Hz～10Hz，发射角＜0.5mard，光斑直径2mm，脉宽10ns，单次脉冲最大能量2J，搭接率为50％，每个区域冲击的次数为1次；
(4)在激光冲击处理后的Cu膜上，按照先沉积Cu膜再进行激光冲击处理的顺序，交替进行沉积Cu膜和激光冲击处理的操作，直至在聚酰亚胺薄膜上沉积出所需要厚度的Cu膜；其中，按照步骤(2)的条件沉积Cu膜，按照步骤(3)的条件进行激光冲击处理；
(5)最后一次激光冲击操作完成后，待降至室温后，放气，将沉积Cu膜的聚酰亚胺薄膜取出，在聚酰亚胺薄膜上形成总厚度为7.3μm的Cu膜。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法，其特征在于：所述方法步骤如下，
(1)采用磁控溅射方法在聚酰亚胺基底上沉积金属膜；
(2)选用纳秒激光器产生的激光对步骤(1)沉积的金属膜进行冲击处理；
(3)在步骤(2)激光冲击处理后的金属膜上，按照先沉积金属膜再进行激光冲击处理的顺序，交替进行沉积金属膜和激光冲击处理的操作，直至在聚酰亚胺基底上沉积出所需要厚度的金属膜；
其中，每次沉积的金属膜厚度分别独立为50nm～500nm；在所述激光冲击处理的操作中，采用的激光能量密度为0.4GW/cm2～5GW/cm2，对每次沉积的金属膜进行冲击处理的次数为1～3次。
2.根据权利要求1所述的一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法，其特征在于：步骤(3)中，在聚酰亚胺基底上沉积的金属膜的总厚度不小于5μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种在聚酰亚胺基底上制备金属膜的方法，其特征在于：所述金属膜包括铜、铝、银或铝合金。
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