CN109974865A - 一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏及实现方法。在内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏实现方法中，主要由冷屏、镀金夹具上盖、金层、镀金夹具底座、石墨烯黑化层、黑化夹具上帽、黑化夹具底座组成。本发明在红外探测器用冷屏技术中引入了一种能满足2‑15微米红外波段范围内无选择吸红外光的，且外部通过镀金降低辐射漏热的红外探测器用冷屏实现方法。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器杜瓦组件技术，具体是指一种能够实现红外探测器杜瓦组件用冷屏内表红外谱段无选择吸收的低辐射漏热冷屏及实现方法。
背景技术
制冷型红外探测器组件在航天红外领域有着广泛的应用，红外探测器组件的性能是高空间分辨率红外遥感仪器重要的技术指标。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，红外探测器必须在深低温下才能工作，这就对红外探测器制冷组件在较低温度下的低热负载水平以及组件在封装后的低背景噪声有更高的要求。在制冷型红外探测器封装中，冷屏主要为探测器提供低温背景环境，达到降低探测器背景噪声的目的，同时通过磷化发黑或者电镀黑镍的方法可降低冷屏内部的反射率特性，对红外光学系统投射入冷屏内的杂光进行抑制，提高成像质量。在红外探测器杜瓦组件中的冷屏，根据不同的光学设计，以及由于需要对探测器完全包裹，冷屏在制冷端零部件的面积一般较其它零件大。冷端面积的增加直接会导致杜瓦辐射漏热的增加，这对杜瓦的热负载造成不利影响。而热负载的增加将直接导致红外探测器制冷组件功耗的增加，所以一般都需要对冷屏外表面进行抛光或者电镀光亮的金层来降低其表面发射率，控制冷屏的辐射漏热。理想的红外冷屏应当同时具备外表面为低辐射漏热的低发射率表面以及内部为高效抑制杂光的低反射率表面的特点。
常用的处理方法为先对冷屏内外电镀黑镍或磷化发黑，然后对外表面进行机械抛光。该方法工艺稳定成熟，实施简单，能够满足大部分短波及部分中波探测器组件需求，但存在着黑化材料在长波范围反射率偏高，抛光表面辐射漏热偏高等问题。随着红外探测器向着长波方向发展，探测器背景噪声要求及组件低功耗要求的提升，传统的冷屏制备方法已不能很好满足红外探测器组件发展需求，特别是长波红外探测器冷屏的应用需求。对于冷屏外表面镀金工艺的实施，由于电镀工艺在电镀液中进行，冷屏内部将会被电镀液电镀污染。并且由于冷屏内部一般都有多级的消光光阑，导致冷屏内部结构复杂，传统的涂胶保护方式实施难度大，很难彻底避免内外表面工艺实施中交叉污染的情况。目前急需一种能满足更宽波段范围红外探测器组件要求的内部低反射率外部低发射率的理想冷屏制备方法。
经过调研石墨烯黑化涂层可在2-15微米的红外波段范围内实现低于3％的反射率(黑镍反射率最高约12％，磷化发黑反射率最高约8％)，是红外探测器组件在红外谱段内杜瓦冷屏理想的内部黑化方法。目前石墨烯黑化层是通过一种喷涂工艺，在被黑化零件表面喷涂成型，涂层牢固度受制于涂层与基底材料的结合力，所以要求实施黑化层的基底材料需要尽可能洁净。本发明提出了一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏的实现方法，过本发明可制备获得适用于2-15微米红外波段范围的内表面红外波段无选择吸收外表镀金降低辐射漏热的冷屏。
发明内容
本发明的目的是提供一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏及实现方法。
本发明的结构如图1及图2所示，它包括：冷屏1、镀金夹具上盖2、金层3、镀金夹具底座4、石墨烯黑化层5、黑化夹具上帽6、黑化夹具底座7。
其特征在于：冷屏内表面保护结构示意图如图1所示，冷屏1的下部为镀金夹具底座4，冷屏1的上部为镀金夹具上盖2。冷屏安装面1-2与底座填胶槽4-1通过胶接气密固定，通光孔定位台阶2-1与冷屏通光孔1-1嵌套安装，上盖安装螺纹2-2与连杆螺纹4-2螺接固定，上盖填胶槽2-3与冷屏通光孔1-1 通过胶接气密固定。冷屏外表面保护结构示意图如图2所示，冷屏1的下部为黑化夹具底座7，冷屏1的上部为黑化夹具上帽6。冷屏安装面1-2与安装面定位台阶7-1贴合安装，上帽安装螺纹6-2与底座安装螺纹螺接固定。
所述的冷屏1材料为镍、可伐、铜等金属，形状为圆筒型，通过电铸工艺或者机加工方式制备获得壁厚0.08mm-0.2mm，顶部为通光孔1-1，底部为冷屏安装面1-2。
所述的镀金夹具上盖2如图4所示，材料为聚四氟乙烯，形状为圆片型，厚度3-5mm，底部周向为通光孔定位台阶2-1台阶，直径与冷屏1的通光孔1-1 一致，深度0.5-1mm，中心位置为上盖安装螺纹2-2，螺纹为盲孔，通光孔定位台阶2-1根部为上盖填胶槽2-3，槽宽0.5mm-1mm。
所述的金层3为进行电镀工艺后覆盖在冷屏1外表面的金，金厚度1-2微米。
所述的镀金夹具底座4，材料为聚四氟乙烯，底部设置底座填胶槽4-1，填胶槽直径比冷屏安装面1-2直径小1-2mm，槽宽0.5mm-1mm顶部为连杆螺纹 4-2，螺纹顶端高度比冷屏1高度1-2mm。
所述的石墨烯黑化层5为进行石墨烯黑化后覆盖在冷屏1内表面的石墨烯涂层，喷涂厚度50-100微米。
所述黑化夹具上帽6，材料为聚四氟乙烯，形状为圆筒型，直径比冷屏1 最大直径大5-10mm，高度与冷屏1高度一致，顶部中心位置为上帽开孔6-1，直径与冷屏通光孔1-1一致，底端四周为上帽安装螺纹6-2，螺纹深度5mm-8mm。
所述黑化夹具底座7如图5所示，材料为聚四氟乙烯，形状为圆片型，直径比冷屏1最大直径大5-10mm，厚度4mm-6mm，上部为安装面定位台阶7-1，台阶尺寸与冷屏安装面1-2一致，顶部四周为底座安装螺纹7-2，螺纹高度 3-5mm中心位置为底座开孔7-3，其开孔直径与冷屏安装面1-2的中心开口直径一致。
本发明的内表面石墨烯黑化外表面镀金的冷屏实现过程如下：
1.将硅胶涂抹至底座填胶槽4-1内，将冷屏1的冷屏安装面1-2同心安装至镀金夹具底座4上，再在将硅胶涂抹至上盖填胶槽2-3内，将通光孔定位台阶2-1与冷屏通光孔1-1嵌套对准，随后将上盖安装螺纹2-2与连杆螺纹4-2 旋转安装后适当紧固，获得如图1所示的冷屏内表面保护结构。
2.对组装完成的冷屏内表面保护结构实施电镀金工艺，使冷屏1外表面覆盖金层3。
3.拆除镀金夹具上盖2及镀金夹具底座4，获得外表面覆盖金层3的冷屏 1。
4.将冷屏安装面1-2与安装面定位台阶7-1对位安装，将黑化夹具上帽6 套在冷屏1外侧，对齐冷屏通光孔1-1与上帽开孔6-1后，将上帽安装螺纹6-2 与底座安装螺纹7-2旋转安装后适当紧固。获得如图2所示的冷屏外表面保护结构。
5.对外表面保护结构实施石墨烯黑化工艺，通过上帽开孔6-1与底座开孔 7-3对冷屏1内部进行石墨烯涂层喷涂，使冷屏1内表面覆盖石墨烯黑化层5。
6.拆除黑化夹具上帽6及黑化夹具底座7，获得外表面覆盖金层3，内表面覆盖石墨烯黑化层5的冷屏1。
本发明的优点是：
1.本发明结构简单、操作方便；
2.本发明可实现冷屏在红外波段无选择吸收，适用于各红外波段的组件；
3.本发明通过冷屏表面镀金有效降低冷屏表面的辐射漏热。
附图说明
图1为冷屏内表面保护结构示意图；
图中：
1—冷屏；
2—镀金夹具上盖；
3—金层；
4—镀金夹具底座；
4-1—底座填胶槽；
4-2—连杆螺纹；
图2为冷屏外表面保护结构示意图；
图中：
5—石墨烯黑化层；
6—黑化夹具上帽；
6-1—上帽开孔；
6-2—上帽安装螺纹；
7—黑化夹具底座；
图3为冷屏示意图；
图中：
1-1—冷屏通光孔；
1-2—冷屏安装面；
图4为镀金夹具上盖示意图；
图中：
2-1—通光孔定位台阶；
2-2—上盖安装螺纹；
2-3—上盖填胶槽；
图5为黑化夹具底座示意图；
图中：
7-1—安装面定位台阶；
7-2—底座安装螺纹；
7-3—底座开孔；
具体实施方式
下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步的详细说明，本发明中的冷屏1为F2光学接口冷屏，开孔直径10mm，冷屏高度20mm，冷屏安装面最小直径18mm，其最大直径22mm，通过镍合金电铸成型。如图1及图2所示，它的主要实施方法如下：
1.镀金夹具底座4材料为聚四氟乙烯，直径22mm，底座厚度5mm、胶槽直径20mm，槽宽0.5mm，顶部连杆螺纹4-2为M3外螺纹，螺纹顶端高度22mm。将GD414型硅胶涂抹至底座填胶槽4-1内，将冷屏1的冷屏安装面1-2同心安装至镀金夹具底座4上；
2.镀金夹具上盖2材料为聚四氟乙烯，直径12mm，厚度5mm，底部周向通光孔定位台阶2-1直径10mm，深度1mm，中心位置上盖安装螺纹2-2为M3内螺纹，深度4mm，上盖填胶槽2-3槽宽0.5mm。将GD414型硅胶涂抹至上盖填胶槽2-3内，将通光孔定位台阶2-1与冷屏通光孔1-1嵌套对准，随后将上盖安装螺纹2-2与连杆螺纹4-2旋转安装后适当紧固，获得如图1所示的冷屏内表面保护结构。
3.对组装完成的冷屏内表面保护结构实施电镀金工艺，使冷屏1外表面覆盖金层3，镀金厚度2微米。
4.拆除镀金夹具上盖2及镀金夹具底座4，获得外表面覆盖金层3的冷屏 1。
5.黑化夹具上帽6，材料为聚四氟乙烯，直径32mm，高度20mm，上帽开孔6-1直径10mm，上帽安装螺纹6-2内径28mm，螺纹深度8mm。
6.黑化夹具底座7材料为聚四氟乙烯，直径32mm，厚度6mm，安装面定位台阶7-1直径为22mm，底座安装螺纹7-2外径28mm，螺纹高度5mm，底座开孔7-3，开口直径18mm。
7.将冷屏安装面1-2与安装面定位台阶7-1对位安装，将黑化夹具上帽6 套在冷屏1外侧，对齐冷屏通光孔1-1与上帽开孔6-1后，将上帽安装螺纹6-2 与底座安装螺纹7-2旋转安装后适当紧固。获得如图2所示的冷屏外表面保护结构。
8.对外表面保护结构实施石墨烯黑化工艺，通过上帽开孔6-1与底座开孔 7-3对冷屏1内部进行石墨烯涂层喷涂，使冷屏1内表面覆盖石墨烯黑化层5。
9.最后拆除黑化夹具上帽6及黑化夹具底座7，获得外表面覆盖金层3，内表面覆盖石墨烯黑化层5的冷屏1。
Claims (9)
1.一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，包括冷屏(1)、镀金夹具上盖(2)、金层(3)、镀金夹具底座(4)、石墨烯黑化层(5)、黑化夹具上帽(6)、黑化夹具底座(7)，其特征在于：
所述的冷屏(1)的内表面保护结构为：冷屏(1)的下部为镀金夹具底座(4)，冷屏(1)的上部为镀金夹具上盖(2)，冷屏安装面(1-2)与底座填胶槽(4-1)通过胶接气密固定，通光孔定位台阶(2-1)与冷屏通光孔(1-1)嵌套安装，上盖安装螺纹(2-2)与连杆螺纹(4-2)螺接固定，上盖填胶槽(2-3)与冷屏通光孔(1-1)通过胶接气密固定；冷屏外表面保护结构为：冷屏(1)的下部为黑化夹具底座(7)，冷屏(1)的上部为黑化夹具上帽(6)，冷屏安装面(1-2)与安装面定位台阶(7-1)贴合安装，上帽安装螺纹(6-2)与底座安装螺纹螺接固定。
2.根据权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，其特征在于：所述的冷屏(1)材料为镍、可伐或铜金属，形状为圆筒型，通过电铸工艺或者机加工方式制备获得壁厚0.08mm-0.2mm，顶部为通光孔(1-1)，底部为冷屏安装面(1-2)。
3.根据权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，其特征在于：所述的镀金夹具上盖(2)的材料为聚四氟乙烯，形状为圆片型，厚度3-5mm，底部周向为通光孔定位台阶(2-1)台阶，直径与冷屏(1)的通光孔(1-1)一致，深度0.5-1mm，中心位置为上盖安装螺纹(2-2)，螺纹为盲孔，通光孔定位台阶(2-1)根部为上盖填胶槽(2-3)，槽宽0.5mm-1mm。
4.根据权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，其特征在于：所述的金层(3)为进行电镀工艺后覆盖在冷屏(1)外表面的金，厚度为1-2微米。
5.根据权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，其特征在于：所述的镀金夹具底座(4)的材料为聚四氟乙烯，底部设置底座填胶槽(4-1)，填胶槽直径比冷屏安装面(1-2)直径小1-2mm，槽宽0.5mm-1mm顶部为连杆螺纹(4-2)，螺纹顶端高度比冷屏(1)高度1-2mm。
6.根据权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，其特征在于：所述的石墨烯黑化层(5)为进行石墨烯黑化后覆盖在冷屏(1)内表面的石墨烯涂层，喷涂厚度为50-100微米。
7.根据权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，其特征在于：所述黑化夹具上帽(6)的材料为聚四氟乙烯，形状为圆筒型，直径比冷屏(1)最大直径大5-10mm，高度与冷屏(1)高度一致，顶部中心位置为上帽开孔(6-1)，直径与冷屏通光孔(1-1)一致，底端四周为上帽安装螺纹(6-2)，螺纹深度5mm-8mm。
8.根据权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏，其特征在于：所述黑化夹具底座(7)的材料为聚四氟乙烯，形状为圆片型，直径比冷屏(1)最大直径大5-10mm，厚度4mm-6mm，上部为安装面定位台阶(7-1)，台阶尺寸与冷屏安装面(1-2)一致，顶部四周为底座安装螺纹(7-2)，螺纹高度3-5mm中心位置为底座开孔(7-3)，其开孔直径与冷屏安装面(1-2)的中心开口直径一致。
9.一种实现如权利要求1所述的一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏的方法，其特征包括以下步骤：
1)将硅胶涂抹至底座填胶槽(4-1)内，将冷屏(1)的冷屏安装面(1-2)同心安装至镀金夹具底座(4)上，再在将硅胶涂抹至上盖填胶槽(2-3)内，将通光孔定位台阶(2-1)与冷屏通光孔(1-1)嵌套对准，随后将上盖安装螺纹(2-2)与连杆螺纹(4-2)旋转安装后适当紧固，获得如图1所示的冷屏内表面保护结构；
2)对组装完成的冷屏内表面保护结构实施电镀金工艺，使冷屏(1)外表面覆盖金层(3)；
3)拆除镀金夹具上盖(2)及镀金夹具底座(4)，获得外表面覆盖金层(3)的冷屏(1)；
4)将冷屏安装面(1-2)与安装面定位台阶(7-1)对位安装，将黑化夹具上帽(6)套在冷屏(1)外侧，对齐冷屏通光孔(1-1)与上帽开孔(6-1)后，将上帽安装螺纹(6-2)与底座安装螺纹(7-2)旋转安装后适当紧固。获得如图2所示的冷屏外表面保护结构；
5)对外表面保护结构实施石墨烯黑化工艺，通过上帽开孔(6-1)与底座开孔(7-3)对冷屏(1)内部进行石墨烯涂层喷涂，使冷屏(1)内表面覆盖石墨烯黑化层(5)；
6)拆除黑化夹具上帽(6)及黑化夹具底座(7)，获得外表面覆盖金层(3)，内表面覆盖石墨烯黑化层(5)的冷屏(1)，这样就完成了内表面石墨烯黑化外表面镀金冷屏的制备。
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| CN201910178532.7A Pending CN109974865A (zh) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | 一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏及实现方法 |
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| CN (1) | CN109974865A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115235631A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-10-25 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双波段探测器共杜瓦结构 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05343710A (ja) * | 1992-04-07 | 1993-12-24 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知器用コールドシールドおよびその製造方法 |
| JPH0727605A (ja) * | 1993-05-14 | 1995-01-31 | Toshiba Corp | 赤外線検知器コールド・シールドの製造方法 |
| CN102928088A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-02-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种封装在杜瓦内的多透镜深低温红外探测器管壳结构 |
| CN105486411A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-04-13 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种红外探测器用一体冷屏成型方法 |
| CN209689755U (zh) * | 2019-03-11 | 2019-11-26 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种内表面红外谱段无选择吸收的低漏热冷屏 |
-
2019
- 2019-03-11 CN CN201910178532.7A patent/CN109974865A/zh active Pending
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| Title |
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| 孙闻: "制冷型红外探测器组件低温热特性研究", 硕士学位论文, pages 4 * |
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