DE3123754C1 - Tarn-Werkstoff - Google Patents

Abstract

Es wird ein Infrarot-Tarn-Wrkstoff angegeben, der einen Werkstoff mit stark reflektierender Oberfläche besitzt, die mit einer Schicht aus infrarot-transparentem hartem Kohlenstoff beschichtet ist. Die reflektierende Oberfläche kann eine Folie sein, z. B. eine Aluminium-Folie, oder eine aufgesprühte Beschichtung oder die polierte Oberfläche eines Grund-Werkstoffs. Der harte Kohlenstoff wird aus einem Kohlenwasserstoff-Plasma in einer Glimmentladungs-Kammer niedergeschlagen. Eine Haft-Schicht aus Silicium kann in der Kammer unter Verwendung eines gasförmigen Silans niedergeschlagen werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tarn-Werkstoff, insbeson­ dere gegen die Erfassung durch Abbildungssysteme mit sicht­ barem oder infrarotem Licht nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1. Ein solcher Tarn-Werkstoff ist aus der DE- OS 22 52 431 bekannt.

Eine Tarnung gegen Erfassung mit sichtbarem Licht wird regelmäßig erhalten durch Färben eines Gegenstands mit einer zufälligen Verteilung von gering unterschiedlich gefärbten Flächen, die sich sichtbar mit benachbarten Objekten vermi­ schen. Tarnfarbe auf Fahrzeugen oder Flecken auf Netzen sind Beispiele militärischer Tarnung. Sie beruhen sämtlich auf Werkstoffen, die selektiv bei Wellenlängen des sichtbaren Lichts absorbieren.

Eine Tarnung vor Infrarot-Erfassung ist schwieriger, da alle Gegenstände Infrarot-Energie abstrahlen und künstliche Gegenstände wie Tanks beträchtliche Infrarot-Strahlung von örtlichen heißen Stellen, z. B. Auspuffrohren, abgeben. Auch Menschen sind Strahler und können daher bis zu beträchtli­ chen Entfernungen hin erfaßt werden. Bei Beobachtung durch thermische Abbildungssysteme fallen heiße Gegenstände ge­ genüber einem Hintergrund kühlerer Umgebung auf. Je größer der Temperaturunterschied zwischen heißen Gegenständen und ihrer Umgebung ist, umso größer ist der Schwarz-Weiß- Kontrast. Zum Beispiel kann ein Motor-Auspuffrohr über 100°C in einer Umgebung von 20°C warm sein, was mit modernen thermischen Abbildungssystemen eine deutliche Erfassung in einer Entfernung bis zu einigen Kilometern gestattet.

Bei der aus der Entgegenhaltung DE-OS 22 52 431 bekannten Tarnmatte sind als IR-Strahlung reflektierende Schicht Metallfolien oder metallbedampfte Kunststoffolien vorgesehen, und die sichtbares Licht absorbierende Schicht besteht aus einem Schaumstoffmaterial. Außerdem ist zwischen wenigstens zwei benachbarten Schichten eine Luftschicht eingefügt.

Insoweit ist auch der DE-OS 29 12 751 keine in Richtung auf ein doppelschichtiges Tarnmaterial weisende Anregung zu entnehmen, da dort von kohlenstoffhaltigem Material nur in Form von einer entsprechenden Staub- oder Rauchwolke die Rede ist.

Vorzugsweise sollte eine Tarnung für militärische Zwecke wirksam sowohl vor einer Infrarot-Erfassung als auch vor einer Erfassung mit sichtbarem Licht schützen.

Diese Aufgabe wir erfindungsgemäß gelöst durch einen Werkstoff mit einer Oberfläche, die stark IR-reflektierend und mit einer Schicht aus IR-transparentem Werkstoff be­ schichtet ist (IR = infrarot).

Die stark reflektierende Oberfläche kann eine geson­ derte Schicht sein, die an einem Grund-Werkstoff befestigt ist, und zwar fest oder biegsam sein, z. B. in Form von Tafeln aus Metall oder Kunststoff oder dünnen Schichten aus Lehm usw. Die stark reflektierende Schicht kann beschichtet sein, z. B. durch Versprühen oder elektrische Abscheidung, auf den Grund-Werkstoff oder eine dünne Folie sein, z. B. aus stark reflektierendem Aluminium, das mit dem Grund-Werkstoff verklebt ist. Wahlweise kann der Grund-Werkstoff eine polierte Oberfläche besitzen.

Die stark reflektierende Schicht kann die Form einer Schicht besitzen, die in zahlreiche Inseln aufgebrochen ist, deren Abmessungen klein im Vergleich zur Radar-Wellenlänge (z. B. 4 mm bis 10 mm) sind, um Radar-Reflektionen zu verringern.

Dabei zeichnet sich der erfindungsgemäß ausgebildete Tarnwerkstoff dank der extremen Härte seiner Kohlenstoff­ schicht durch eine große mechanische Widerstandsfähigkeit aus, die einen Einsatz auch bei starker Verschmutzungsgefahr und entsprechend großem Reinigungsbedarf gestattet. Darüber hinaus besitzt der erfindungsgemäß ausgebildete Tarnwerk­ stoff eine hohe thermische Beständigkeit und weitgehend Un­ durchlässigkeit für die meisten Flüssigkeiten und insbeson­ dere salzhaltiges Spritz- oder Meerwasser, was die Einsatz­ möglichkeiten weiter erhöht.

Die IR-transparente Schicht absorbiert vorzugsweise sichtbare Strahlung und kann eine dünne Schicht aus glasigem Kohlenstoff oder einem Halbleiter mit 2 bis 5 eV Bandlücke sein. Der Halbleiter kann die Form von Teilchen haben, die in einer Matrix aus Polypropolen oder Polyäthylen oder einem anderen geeigneten Kunststoff eingebettet sind.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Panzer mit Tarn-Folien über seinem Motor- Raum;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Tarn-Werkstoffs; und

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Auftragen einer Schicht von amorphem Kohlenstoff auf eine stark reflek­ tierende Schicht.

Gemäß Fig. 1 ist von einem Panzer 1 der Motor- Raum an der Rückseite des Panzers mit Tarn-Platten 2 belegt. Die Platten 2 sind genauer in Fig. 2 abgebildet und besitzen einen Grund-Werkstoff wie Stahl oder Kunststoff 3, der ein­ seitig mit einer stark reflektierenden Schicht aus Aluminium- Folie 4 bedeckt ist, die ihrerseits mit einer Schicht 5 aus amorphem Kohlenstoff beschichtet ist, und zwar mit einer Dicke von 0,5 bis 10 µm, typischerweise von 1 µm.

Die Tarnung ist aus den folgenden Gründen wirksam:
Die Schicht 4 ist stark reflektierend bei Infrarot-Wellen­ längen (aber auch bei sichtbarem Licht) und emittiert daher vom Grund-Werkstoff 3 wenig Infrarot-Strahlung. Da die Schicht 5 im wesentlichen transparent für Infrarot- Strahlung ist, sieht ein Infrarot-Detektor, der auf die Tarnung 2 gerichtet ist, reflektiert von der Reflektions­ schicht 4 Infrarot-Licht von benachbarten Objekten, wie z. B. Bäumen und dem Himmel. Die Tarnung 2 scheint also auf der selben Temperatur wie ihre Umgebung zu liegen, so daß sie nicht leicht von einem Infrarot-Detektor (thermi­ schem Abbildungssystem) erfaßt werden kann.

Die aufgetragene Schicht 5 aus amorphem Kohlenstoff absorbiert sichtbares Licht. Im Ergebnis ist die Tarnung also nicht leicht erkennbar.

Da die Tarn-Eigenschaften durch die beiden Schichten 4 und 5 vermittelt werden, ist die genaue Zusammensetzung des Grund-Werkstoffs nicht wesentlich. Daher können anstelle gesondert an einem Panzer befestigter Folien bzw. Platten aus Tarn-Werkstoff Schichten 4 und 5 direkt an jeder ge­ wünschten Stelle des Panzers angebracht werden, insbesondere auch als Umhüllung der runden Auspuffrohre. Die Schichten 4 und 5 können an Kunststofffolien, z. B. von Gehäuse-Panzerung, an Geweben oder Netzen befestigt sein. Bei Befestigung an Gewebe kann der entstehende Werkstoff als Textilien für Soldaten, Zelte oder bewegliche Werkstätten für Fahrzeuge oder Flugzeuge genutzt werden.

Für einen biegsamen Tarn-Werkstoff kann die Kohlenstoff- Schicht auf einer Seite eines infrarot-durchlässigen Kunst­ stoffs aufgetragen sein, z. B. Polyäthylen, während ein Aluminiumanstrich an der anderen Seite vorgesehen ist.

Ein Nachteil der Schicht 4 ist ihre starke Radar- Reflexion. Zur Vermeidung einer Radar-Erfassung kann die Schicht in zahlreiche Felder aufgebrochen sein, die klein im Vergleich zur Radar-Wellenlänge sind.

Wahlweise zur obigen Ausführung kann der Grund- Werkstoff poliert sein und eine Schicht aus niederge­ schlagenem amorphem Kohlenstoff besitzen. Wahlweise kann eine Schicht aus Halbleiter-Material in Form von Teilchen, die in einer Kunststoff-Binde-Matrix verteilt sind, auf den polierten Grund-Werkstoff gestrichen sein. Ausgewählte Teile von Schiffen können so vor Raketen mit Infrarot- Suchköpfen getarnt werden. Das Halbleiter-Material kann Silicium oder Germanium allein oder in Mischung mit Bor sein. Die Kunststoff-Matrix kann Polypropolen oder Polyäthylen sein.

Eine Vorrichtung zum Beschichten der Folie 4 oder einer anderen geeigneten reflektierenden Fläche mit Kohlenstoff ist in Fig. 2 abgebildet. Ein Beschichtungs-Gut 20 ist in einem luftdichten Metall-Gefäß 21 angeordnet, das dann durch eine Vakuum-Pumpe 22 auf ca. 10^-5 Torr evakuiert wird. Ein Gas wie Methan oder Propan wird in das Gefäß 21 einge­ speist und der Druck bei ca. 10 Torr durch kontinuierliches Drosseln der Pumpe 22 unterhalten. Das Gefäß 21 ist mit der Erde 23 verbunden, wenn das Beschichtungs-Gut 20 über eine Leitung 24 durch eine Isolier-Durchführung 24 hindurch mit einer Stromquelle von -700 V Gleichspannung verbunden ist. Infolgedessen kommt es zu einer Ionisierung des Gases mit anschließender Dissoziation von Wasserstoff- und Kohlenstoff­ atomen. Kohlenstoff-Atome prallen auf das erhitzte Beschich­ tungs-Gut 20 auf, um eine Schicht mit zeitabhängiger Dicke zu bilden. Zum Beispiel wird eine 1 µm dicke Schicht in 50 min erzeugt.

Wahlweise zur Gleichspannungs-Glimm-Entladung kann eine Hochfrequenz-Glimm-Entladung benutzt werden. In diesem Fall wird die Gleichspannungs-Quelle von Fig. 2 ersetzt durch eine Hochfrequenz-Quelle mit einer Frequenz von 13 MHz, die über einen Kondensator 26 eingespeist wird und ein Kathoden-Potential von ca. -700 V erzeugt. Die Betriebs­ bedingungen sind die gleichen wie für Gleichspannungs-

Das Beschichtungs-Gut 20 von Fig. 2 kann eine Aluminium-Folie sein, die mehrere Meter lang auf zwei beabstandeten Rollen im Gefäß 21 montiert ist. Die Folie wird von einer Rolle zur anderen abgewickelt, während sie einem Beschuß von Kohlenstoff-Atomen ausgesetzt ist, die das Aufwachsen einer Kohlenstoff-Schicht auf der frei­ liegenden Folie zwischen den Rollen bewirken.

Um das Haften der harten Kohlenstoff-Schicht 5 zu unterstützen, kann eine sehr dünne Schicht von Silicium auf der Folie 4 niedergeschlagen werden, die Glimm- Entladungs-Technik wie oben beschrieben benutzt und das Kohlenwasserstoff-Gas durch ein Silan ersetzt werden. Wahlweise kann eine Germanium-Schicht verwendet werden, die aus einem gasförmigen German aufwächst. Zusätzlich kann am Anfang eine sehr dünne Oxid-Haftschicht auf der Aluminium-Folie erzeugt werden, auf die dann der Silicium und der harte Kohlenstoff folgen.

Claims (7)

1. Tarnwerkstoff zur Tarnung gegen IR-Strahlung und gegen sichtbares Licht mit einer IR-Strahlung reflektierenden ersten Schicht und einer sichtbares Licht absorbierenden zweiten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (5) eine Schicht aus hartem, aber amorphem Kohlenstoff ist, die direkt auf die erste Schicht (4) aufgebracht ist.

2. Tarnwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende Oberfläche die Oberfläche einer dünnen Metall-Folie ist.

3. Tarnwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende Oberfläche die Beschichtung der Oberfläche eines Grund-Werkstoffs ist.

4. Tarnwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende Oberfläche die polierte Oberfläche eines Grund-Werkstoffs ist.

5. Tarnwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Folie in Form von zahlreichen Inseln ausgebildet ist, deren Abmessungen klein gegen Radar- Wellenlängen sind.

6. Werkstoff nach einem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünnen Haft-Schicht auf die IR-reflektierende Oberfläche aufgebracht ist.

7. Tarnwerkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haft-Schicht Silicium ist.