DE3701029A1 - Reflektor fuer elektromagnetische strahlung und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Reflektor fuer elektromagnetische strahlung und verfahren zu seiner herstellungInfo
- Publication number
- DE3701029A1 DE3701029A1 DE19873701029 DE3701029A DE3701029A1 DE 3701029 A1 DE3701029 A1 DE 3701029A1 DE 19873701029 DE19873701029 DE 19873701029 DE 3701029 A DE3701029 A DE 3701029A DE 3701029 A1 DE3701029 A1 DE 3701029A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- skin
- aluminum
- reflector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
- H01Q15/141—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing reflecting surfaces
- H01Q15/142—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing reflecting surfaces using insulating material for supporting the reflecting surface
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/1234—Honeycomb, or with grain orientation or elongated elements in defined angular relationship in respective components [e.g., parallel, inter- secting, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12354—Nonplanar, uniform-thickness material having symmetrical channel shape or reverse fold [e.g., making acute angle, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
- Y10T428/12556—Organic component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
- Y10T428/12625—Free carbon containing component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12736—Al-base component
- Y10T428/12743—Next to refractory [Group IVB, VB, or VIB] metal-base component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24058—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in respective layers or components in angular relation
- Y10T428/24124—Fibers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24132—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in different layers or components parallel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
- Y10T428/31511—Of epoxy ether
- Y10T428/31529—Next to metal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Reflektoren für elektromagnetische
Strahlung, insbesondere zur Verwendung bei Antennen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung
solcher Reflektoren.
Reflektorstrukturen für Antennen werden häufig an erdumkreisenden
Raumfahrzeugen oder Satelliten verwendet, um
eine Richtfunkverbindung für Signale zwischen dem Raumfahrzeug
und der Erde herzustellen. Derartige Reflektorstrukturen
sind groß, ein typischer Durchmesser ist z. B. 216 cm.
Die harten Bedingungen im Weltraum bringen für solche Strukturen
die Gefahr von Wärmeverformung (entweder durch Änderung
der Temperatur der gesamten Struktur oder durch Bestehen
unterschiedlicher Temperaturen an verschiedenen
Stellen der Struktur) und von Schwächungen oder Schädigungen
durch auftreffende Gammastrahlen und andere Weltraumeinflüsse.
Die Wärmeverformung kann durch geeigneten strukturellen
Aufbau eines Reflektors vermindert werden.
Eine Struktur, welche die Wärmeverformung verringert, ist
in der Patentanmeldung P 34 29 417.1-35 beschrieben. Die
dort offenbarte Struktur weist mehrere Lagen oder Schichten
von Bändern aus graphitfaserverstärktem Epoxymaterial
(abgekürzt: GFRE) mit jeweils einseitig ausgerichteten
Fasern auf, die so angeordnet sind, daß eine dünne solide
Graphitfaser-Verbundstruktur gebildet wird, die als Reflektor
dient. Die einseitige Ausrichtung der Graphitfasern
in der reflektierenden obersten Schicht oder Haut einer
solchen Struktur kann jedoch eine polarisierende Wirkung
auf die von der Struktur reflektierte elektromagnetische
Strahlung haben. Diese ungewollte Polarisierung entsteht,
weil die einseitig ausgerichteten Fasern die auftreffende
elektromagnetische Strahlung reflektieren, während das
Epoxymaterial, welches sich zwischen den Fasern befindet
und die Fasern als Verbundstruktur zusammenhält, für elektromagnetische
Strahlung relativ durchlässig ist. Die ungewollte
Polarisierung reflektierter Signale ist bei manchen
Typen von Reflektoren höchst unerwünscht.
Ein bisheriger Weg zur Lösung dieses Polarisierungsproblems
besteht darin, die GFRE-Verbundstruktur als Substrat zu benutzen
und die Oberfläche dieses Substrats mit einer zusätzlichen
Schicht zu versehen, deren Oberfläche ihrerseits
eine Reflexion entweder mit kontrollierter Polarisierung
oder ohne jegliche Polarisationswirkung bringt.
Ein Beispiel für eine zusätzliche Schicht mit kontrollierter
Polarisationswirkung ist ein relativ dicker und schwerer
Reflexionsbelag mit einem Gitter einseitig ausgerichteter
Kupferleiter, die in ein Epoxymaterial eingelagert
sind, z. B. das unter der Bezeichnung "Kapton" bekannte Material.
Der Kupfer/Kapton-Belag wird auf der Substratoberfläche
gebildet und dort durch Epoxymaterial festgehalten.
Die Leiter des Gitters reflektieren elektromagnetische
Strahlung stark, während das Epoxymaterial transparent für
diese Strahlung ist, so daß die vom Reflektor bewirkte Polarisierung
der reflektierten Signale durch das reflektierende
Gitter bestimmt wird.
Ein Beispiel für eine zusätzliche Schicht, die keine Polarisierung
bewirkt, ist ein Aluminiumbelag auf der Oberfläche
des durch die Verbundstruktur gebildeten Substrats.
Ein solcher Belag kann dadurch gebildet werden, daß man
Aluminium in einem Plasmaflammsprühverfahren auf eine
Oberfläche einer Form aufträgt und dann auf dieser eingesprühten
Oberfläche ein Verbundstruktur-Substrat abformt.
Wenn das Substrat aus der Form genommen wird, überträgt
sich die Aluminiumschicht von der Form auf die Verbundstruktur.
Um die Fasern der Verbundstruktur ausreichend zu
bedecken und um zu gewährleisten, daß sich die Aluminiumschicht
auf die Verbundstruktur überträgt, muß die Aluminiumschicht
relativ dick gemacht werden (typischerweise 0,25 mm).
Bei jedem der vorstehenden Beispiele ist das Material des
reflektierenden Belags thermisch inkompatibel mit dem Material
der Verbundstruktur. Das heißt, der Wärmeausdehnungskoeffizient
des reflektierenden Gitters oder Belags
ist anders als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials
der Verbundstruktur. Diese Inkompatibilität oder Unverträglichkeit
sowie die Dicke des zusätzlichen Belags
führen dazu, daß der fertige Reflektor relativ starken
Wärmeverformungen unterliegt, z. B. wenn seine Temperatur
zwischen weit auseinanderliegenden Extremwerten wechselt,
wie es im Weltraum vorkommt (typischerweise zwischen -180°C
und +80°C). Außerdem erhöht der dicke zusätzliche Gitter-
oder Aluminiumbelag in unerwünschter Weise das Gewicht des
Reflektors.
Beobachtungen von Reflektoren, die eine Aluminiumbeschichtung
direkt auf der Oberfläche der GFRE-Verbundstruktur aufweisen,
haben gezeigt, daß die Haftung zwischen der Beschichtung
und der Verbundstruktur schlecht wird, wenn der Reflektor
wiederholt Temperaturschwankungen zwischen -135°C
und +80°C ausgesetzt ist.
Die schlechte Haftung ist zum
Teil auf den beträchtlichen Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Aluminiums und des GFRE-Materials
der darunterliegenden Verbundstruktur zurückzuführen. Der
Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium beträgt etwa
13 · 10-6 Zoll pro Zoll und °F, während der Wärmeausdehnungskoeffizient
des GFRE-Materials ungefähr gleich 0,5 · 10-6
Zoll pro Zoll und °F ist. Die Differenz zwischen den
Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien und
damit die unterschiedlichen Ausdehnungs/Kontraktions-Geschwindigkeiten
während Temperaturänderungen tragen dazu
bei, daß die Haftung zwischen dem GFRE-Material und dem
Aluminium während zyklischer Temperaturänderungen verlorengeht.
Die vorstehenden Probleme werden beseitigt, wenn man einem
Reflektor für elektromagnetische Strahlung die erfindungsgemäße
Struktur gibt, wie sie im Patentanspruch 1
definiert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein erfindungsgemäßer Reflektor hat eine Substrat- oder
Trägerstruktur mit einer Haut aus graphitfaserverstärktem
Epoxymaterial (GFRE-Material). Auf dieser Haut befindet
sich eine Schicht aus Chrom. Die Chromschicht hat einerseits
eine genügend große Dicke, um einen durchgehenden,
nicht-porösen Belag über der Substrathaut zu bilden, ist
andererseits aber dünn genug, um zu gewährleisten, daß
ihre Verformung relativ zur Substrathaut bei Temperaturänderungen
vernachlässigbar klein bleibt. Auf der Chromschicht
ist eine Aluminiumschicht aufgebracht. Die Aluminiumschicht
hat eine genügende Dicke, um elektromagnetische
Strahlung in einer gegebenen Bandbreite zu reflektieren
und den polarisierenden Effekt der Graphitfasern minimal
zu machen.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
anhand von Zeichnungen näher erläutert, deren einzige
Figur in auseinandergezogener, isometrischer Darstellung
eine erfindungsgemäße Reflektorstruktur für elektromagnetische
Strahlung zeigt.
Die dargestellte Reflektorstruktur 10 hat ein Graphitfasersubstrat
12, das durch mehrere Lagen 13, 14, 15, 16,
17 und 18 von Bändern graphitfaserverstärkten Epoxymaterials
mit jeweils einseitig ausgerichteten Fasern gebildet
ist. Dieser Aufbau ist ausführlicher in der oben erwähnten
Patentanmeldung beschrieben.
Ebenso wie bei dem Aufbau nach der genannten Patentanmeldung
liegen bei der dargestellten Ausführungsform die
Graphitfasern 19 innerhalb jedes Exemplars der einzelnen
Lagen 13 bis 18 zueinander parallel. Die Fasern in jeder
Lage (z. B. in der Lage 14) können eine Orientierung haben,
die um ±60° gegenüber den Orientierungen der Fasern in den
jeweils benachbarten Lagen (z. B. den Lagen 13 und 15) versetzt
sind. Die unterschiedlichen Richtungen der Fasern
von Lage zu Lage machen das Substrat zu einer quasi-isotropischen
Struktur, wie es ausführlicher in der genannten
Patentanmeldung beschrieben ist. Der Querschnitt der Lagen
13, 14 und 15 kann spiegelsymmetrisch zu den Lagen 18, 17
und 16 (in dieser Reihenfolge) sein, wie es ebenfalls ausführlicher
in der genannten Patentanmeldung beschrieben ist.
Die Erfindung kann alternativ auch mit einem Substrat realisiert
werden, das einen anderen Aufbau als das Substrat
12 hat. Ein solches alternatives Substrat kann aus einem
Kern mit an sich bekannter Honigwabenstruktur bestehen,
auf der sich eine Haut mit einseitig gerichteten oder in
mehreren Richtungen verlaufenden Graphitfasern befindet,
die als reflektierende Oberfläche dient. Eine solche Reflektorstruktur
wurde von Mazzio u. a. in ihrer Arbeit
"Optimized Design and Fabrication Processes for Advanced
Composite Spacecraft Structures" beschrieben (Veröffentlichung
des 17th Aerospace Sciences Meeting, New Orleans,
LA, 15.-17. Januar 1979, Seiten 5 bis 7).
Gemäß der Figur enthält die Struktur 10 eine Schicht aus
Chrom, die auf das Substrat 12 aufgedampft ist. Auf diese
Chromschicht wiederum ist eine Aluminiumschicht aufgedampft.
Das Aluminium ist genügend dick, um Mikrowellenstrahlung
in einer gegebenen Bandbreite zu reflektieren, z. B. im
Ku-Band. Auf die Aluminiumschicht ist eine Schutzschicht
z. B. aus Siliziumdioxid aufgedampft.
Das Chrom, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient ungefähr
3,4 · 10-6 Zoll pro Zoll und °F beträgt, dient als Zwischenschicht,
die für eine gute Haftung an der Struktur
12 sorgt. Das Aluminim wiederum haftet ausgezeichnet an
der Chromschicht. Die Chromschicht mildert die Differenz
zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats
12 (ungefähr 0,5 · 10-6 Zoll pro Zoll und °F) und dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Aluminiums (ungefähr
13 · 10-6 Zoll pro Zoll und °F).
Gewöhnlich haftet eine Aluminiumschicht, wenn sie direkt
auf der obersten Lage oder Haut 13 des Substrats 12 gebildet
wird (wie bei dem weiter oben beschriebenen Beispiel)
nicht zuverlässig an dieser Lage 13. Diese schlechte
Haftung ist zumindest teilweise auf die Unterschiede
zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien
(Aluminium und GFRE) zurückzuführen, wie es
schon erwähnt wurde. Ferner ist anzunehmen, daß die schlechte
Haftung von Aluminium an Graphit auch an der schlechten
Molekularanziehung zwischen den Materialien liegt. Ein weiterer
Grund für schlechte Haftung sind sicherlich auch Verunreinigungen
auf der Oberfläche des Graphitsubstrats, z. B.
Rückstände von Entformungsmitteln, die bei der Herstellung
des Graphitsubstrats benutzt wurden, und Verunreinigungen
durch manuelle Berührung der Struktur.
Nachstehend sei zunächst ein Verfahren beschrieben, das
angewandt wurde, um einige der vorstehend beschriebenen
Substrate für die Bearbeitung vorzubereiten:
Das Chrom für die Aufdampfung auf die Oberfläche des Substrats
12 wurde in Stücken auf eine Gruppe von Heizdrähten
aus Wolfram in einer Vakuum-Heizkammer gelegt. Gleichzeitig
wurden Aluminiumstücke auf eine andere Gruppe der
Wolfram-Heizdrähte in der Kammer gelegt, und eine wiederum
andere Gruppe der Heizdrähte in der Kammer wurde mit Siliziumstücken
belegt. Die drei Gruppen der zum Verdampfen
benutzten Wolfram-Heizdrähte, für jedes Beschichtungsmaterial
eine, wurden so angeordnet, daß das jeweilige Material
(Chrom, Aluminium oder Silizium), wenn es durch
Einschaltung der jeweils zugehörigen Heizdrahtgruppe verdampfte,
eine gleichmäßige Schicht über den ebenfalls in
der Kammer befindlichen Bereichen der Substrate bildete,
wie es weiter unten noch beschrieben wird. Die Beladung
verschiedener Heizdrahtgruppen mit jeweils gesonderten
Beschichtungsmaterialien (Chrom, Aluminium und Silizium)
gestattete es, jedes Material zu jeweils seiner eigenen
Zeit innerhalb einer Reihenfolge zu verdampfen.
In der Vakuum-Heizkammer wurden ferner vier Substrate 12
aus Graphit/Epoxy-Verbundwerkstoff für HF-Antennenreflektoren
angeordnet. Jedes der Substrate 12 hatte einen Durchmesser
von 216 cm und eine Dicke von 0,46 mm und bestand
aus sechs Lagen von Bändern mit einseitig ausgerichteten
Fasern, wobei die Faserorientierung von Lage zu Lage gemäß
dem Muster 0°/±60° gewählt war. Die Substrate hatten
eine glatte parabolische Oberfläche und waren vorher durch
Abwischen mit Azeton entfettet und anschließend für 30 Minuten
in Luft getrocknet worden. Die Azetonbehandlung bestand
darin, mittels eines azetongetränkten Anti-Fussel-
Tuches leicht über die Oberfläche des Substrats zu wischen,
um Öle zu entfernen, die sich durch Handberührung und durch
Entformungsmittel niedergeschlagen hatten, welche bei der
Herstellung der Substrate verwendet worden waren.
In der Kammer wurde jedes azetonbehandelte Substrat 12
durch zugeordnete Halterungen (Lagerungslöcher, Stützpfosten,
Drähte, usw.) innerhalb der Vakuum-Heizkammer in
einer Entfernung von etwa 90 cm von den oben erwähnten
Gruppen verdampfender Wolfram-Heizdrähte und parallel
zu diesen gehalten. Mit jedem Substrat waren Meßinstrumente
wie z. B. Thermoelemente gekoppelt, um die Temperatur
der Substrate zu überwachen und während der Bearbeitung
innerhalb eines vorgeschriebenen Betriebsbereichs
zu halten. An den Rändern der einzelnen Substrate waren
Prüfstücke aus Glas und Graphit/Epoxy-Laminat befestigt,
die auch mit den Instrumenten verbunden waren. Die Prüfstücke
lieferten während der Behandlung der Substrate
mechanische Meßwerte über die Dicke der Oberflächenbeschichtung
und Meßwerte über HF- und Wärmeeigenschaften
und wurden später als Proben verwendet, um die Beschichtung
nach dem Arbeitsvorgang zu prüfen.
Es sei nun das durchgeführte Bearbeitungsverfahren selbst
beschrieben, wobei anzumerken ist, daß jedes der vier Substrate
während des Bearbeitungsvorgangs gesondert und unabhängig
kontrolliert wurde.
Die Kammer wurde zuerst auf 1 · 10-5 Torr evakuiert und
anschließend über mindestens 12 Stunden weiter ausgepumpt,
um alle Feuchtigkeit aus der Kammer und den Substraten auszutreiben.
Als erstes wurde dann ein Strom von 30 Ampère bei 120 Volt
durch die mit Chrom beladene Gruppe der Wolfram-Heizdrähte
gesendet, um auf den Substraten Schichten von etwa 600 Angström
Angström dicke niederzuschlagen. Die maximale Prozeßtemperatur
jedes Substrats während der Verdampfung des Chroms
und des Niederschlagens der Schicht betrug 38°C.
Als nächstes wurde ein Strom von 350 Ampère bei 120 Volt
durch die aluminiumbeladene Gruppe der Wolfram-Heizdrähte
gesendet, bis sich auf den chrombeschichteten Oberflächen
der Substrate ein Aluminiumbelag einer Dicke von etwa 6000
Angström niedergeschlagen hatte (also die zehnfache Dicke
der Chromschicht). Während dieser Aluminisierung wurde
die Temperatur der Substrate auf 60°C erhöht.
Als letztes wurde zur Bildung der Siliziumdioxid-Schutzschicht
der Druck in der Kammer durch Einlassen von Sauerstoff
auf 1 · 10-3 Torr erhöht und dann ein Strom von 30
Ampère bei 120 Volt durch die siliziumbeladene Gruppe der
Heizdrähte gesendet. Während der Bildung der Siliziumdioxid-
Schicht wurden die Substrate auf einer maximalen Prozeßtemperatur
von 69°C gehalten.
Jedes beschichtete Substrat (nun ein fertiger Reflektor)
wurde auf 38°C abkühlen gelassen, bevor die Kammer und
die Reflektoren auf Atmosphärendruck zurückgebracht wurden.
Eine Inspektion der reflektierenden Oberflächen der Reflektoren
zeigte, daß die Beschichtung bei allen vier
Exemplaren gleichmäßig und übereinstimmend waren. Die
oben genannten Dickenwerte der Beschichtungsmaterialien
wurden an den Prüfstücken gemessen.
Jeder fertige Antennenreflektor wurde anschließend an
sein zugeordnetes Speisesystem angeschlossen. Eine nachfolgende
HF-Prüfung zeigte, daß die reflektierende Beschichtung
jedes Reflektors eine zusammenhängende Aluminiumschale
bildete, die keine Polarisierung in der reflektierten
elektromagnetischen Strahlung bewirkte.
Zusätzliche Untersuchungen an den Prüfstücken zeigten, daß
sich die Haftung zwischen den Materialien nicht verschlechtert,
wenn man die Prüfstücke tausendmal Temperaturwechseln
zwischen -180°C und +80°C unterwirft. Eine Bestrahlung der
Prüfstücke mit Gammastrahlen einer der Lebensdosis entsprechenden
Dosis von 1 · 108 rad ergab keinerlei Anzeichen
für eine Qualitätsverschlechterung der Schicht. Sowohl an
den Prüfstücken als auch an den Reflektoren selbst wurden
HF-Prüfungen sowie Tests und Auswertungen hinsichtlich anderer
Eigenschaften vorgenommen, und zwar sowohl vor als
auch nach der Einwirkung von Umgebungseinflüssen. Nach
einem 400-tägigen Aufenthalt in der Atmosphäre innerhalb
eines kontrollierten Lagerraums, der auf eine Temperatur
von 21 ± 5,5°C und auf einer relativen Feuchte von 50 ± 20%
gehalten wurde, ergab keine Anzeichen merklicher Oberflächenverwitterung,
weder bei den Prüfstücken, noch bei
den beschichteten Reflektoren.
Ferner wurde eine Sichtprüfung der beschichteten Oberflächen
u. a. mit einem Abschältest vorgenommen, bei dem
ein Klebeband auf die Beschichtung aufgebracht und dann
von der zu prüfenden Oberfläche abgezogen wurde. Alle Prüflinge
durchliefen diesen Test erfolgreich, d. h. keine der
getesteten Beschichtungen blieb am Klebeband anstatt am
Reflektorsubstrat hängen.
Andere Prüfungen haben gezeigt, daß die Dicke der Chromschicht
kritisch für die Qualität des fertigen Reflektors
ist. Genauer gesagt wurde gefunden, daß eine Chromschicht,
die dünner ist als 400 Angström, die Graphitfasern nicht
vollständig bedeckt. Bei Dicken unter 400 Angström bewirkt
die Porösität der Faser/Epoxy-Oberfläche Diskontinuitäten
in der Oberfläche der Chromschicht, was wiederum eine
schlechte Haftung der anschließend aufgetragenen Aluminiumschicht
zur Folge hat. Ferner wurde gefunden, daß Chromschichten,
die dicker sind als 700 Angström, nicht nur das
Gewicht des Reflektors, sondern auch die Gefahr erhöhen,
daß die Schichten bei Wärmebelastung versagen. Dieses Versagen
liegt wahrscheinlich an dem Unterschied zwischen dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Chroms und den Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Graphitfasern und des Aluminiums.
Die bevorzugte Dicke für die Chromschicht ist 600 ± 100
Angström.
In der weiter oben genannten Patentanmeldung ist das Problem
der Haftung der Aluminiumschicht am Graphitsubstrat diskutiert.
Eine dort vorgeschlagene Lösung besteht darin,
eine Titanschicht mit einer Dicke von etwa 100 Angström
vorzusehen, die ihrerseits mit einem etwa 5000 Angström
dicken Aluminiumbelag beschichtet wird. Eine Beschichtung
der Reflektorstruktur mit Titan führt jedoch zu besonderen,
nachstehend beschriebenen Problemen während eines
Abdampfprozesses, wenn die GFRE-Verbundstruktur in einer
Vakuum-Heizkammer im Abstand und parallel zu Verdampfungs-
Heizdrähten aus Wolfram angeordnet wird, die Stücke aus
Titan tragen. Wenn die Heizdrähte unter diesen Bedingungen
auf eine Temperatur gebracht werden, die zur Verdampfung
der Titanstücke ausreicht, dann reagieren die Wolframdrähte
chemisch mit dem Titan, und diese Reaktion beeinträchtigt
die Fähigkeit der Heizdrähte, das Titan auf das
Substrat in der Kammer aufzudampfen.
Im Bemühen, die Haftung des Aluminiums am Graphitsubstrat
zu verbessern, wurden auch andere Materialien einschließlich
karbonisierter Stoffe als Zwischenschicht zwischen dem
Aluminium und den Graphitfasern geprüft. Karbonisiertes
Material beeinträchtigte die Fähigkeit der Wolfram-Heizdrähte,
das Material von der Oberfläche dieser Drähte wegzukochen.
Das Resultat einer Prüfung mit karbonisiertem
Material war eine grob niedergeschlagene Beschichtung,
mit gelockertern Kohlenstoffasern im Substrat. Ein hitzefestes
Metall wie Molybdän dürfte zu schwer sein, um bei
einem Antennenreflektor für Raumfahrzeuge verwendet zu
werden.
Tests mit Kohlenstoff-, Titan- und Wolframschichten zwischen
dem festen Graphitsubstrat und dem Aluminiumüberzug zeigten
geringe Abblätterfestigkeit (schlechte Haftung) und
offenbarten, daß Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Beschichtungs- und Substratmaterialien zur Zerstörung
der kombinierten Struktur beitragen, selbst wenn
die Zwischenschicht eine Dicke von etwa 600 Angström hat.
Das beste dieser anderen, für die Zwischenschicht ausprobierten
Materialien ist noch Titan, das jedoch wegen
seiner oben erwähnten Reaktion mit Wolfram praktisch ausscheidet,
wenn man bedenkt, daß Wolfram das zur Zeit einzig
praktikable Material für Heizdrähte ist, die zum Verdampfen
von Metallen in einer Vakuum-Heizkammer solcher
Größe verwendet werden können, daß die hier betrachteten,
relativ großen Substrate in ihr Platz finden.
Somit ist in der Praxis Chrom das einzige Material, das
die verschiedenen Kriterien erfüllt, die an das Material
einer Zwischenschicht zwischen dem Graphitsubstrat und
dem Aluminiumüberzug eines Antennenreflektors für Raumfahrtzwecke
zu stellen sind.
Claims (7)
1. Reflektorstruktur zur Reflexion elektromagnetischer
Strahlung, mit einem Substrat, das an seiner Oberseite
eine Haut aus einer Schicht graphitfaserverstärkten
Epoxymaterials aufweist, deren Graphitfasern die Tendenz
haben, von der Haut reflektierte elektromagnetische
Wellen zu polarisieren, und mit einer die Haut
bedeckenden Metallbeschichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallbeschichtung
folgendes aufweist;
eine auf die Haut (13) des Substrats (12) aufgebrachte Chromschicht, die genügend dick ist, um einen durchgehenden, nicht-porösen Belag über den Fasern der Substrathaut zu bilden, andererseits aber dünn genug, um eine sich bei Wärmeänderung ergebende Verformung gegenüber der Substrathaut vernachlässigbar klein zu halten;
eine auf die Chromschicht aufgebrachte Aluminiumschicht, die ausreichend dick ist, um elektromagnetische Strahlung in einer gegebenen Bandbreite zu reflektieren und den polarisierenden Effekt der polarisierenden Fasern minimal zu halten.
eine auf die Haut (13) des Substrats (12) aufgebrachte Chromschicht, die genügend dick ist, um einen durchgehenden, nicht-porösen Belag über den Fasern der Substrathaut zu bilden, andererseits aber dünn genug, um eine sich bei Wärmeänderung ergebende Verformung gegenüber der Substrathaut vernachlässigbar klein zu halten;
eine auf die Chromschicht aufgebrachte Aluminiumschicht, die ausreichend dick ist, um elektromagnetische Strahlung in einer gegebenen Bandbreite zu reflektieren und den polarisierenden Effekt der polarisierenden Fasern minimal zu halten.
2. Reflektorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Chromschicht eine Dicke im Bereich von 400
bis 700 Angström hat und daß die Aluminiumschicht ungefähr
zehnmal so dick ist wie die Chromschicht.
3. Reflektorstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sich über der Aluminiumschicht eine
Schutzschicht befindet.
4. Reflektorstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Chromschicht
und die Aluminiumschicht auf die Haut des Substrats aufgedampft
sind.
5. Verfahren zur Herstellung einer Reflektorstruktur für
elektromagnetische Strahlung unter Aufdampfen von Metall
auf eine Oberflächenhaut eines Reflektorsubstrats,
die einseitig ausgerichtete Graphitfasern enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß auf die
Oberflächenhaut (19) des Substrats (12) zunächst eine
Chromschicht bis zu einer Dicke aufgedampft wird, die
genügend groß ist, um einen durchgehenden, zusammenhängenden
Belag zu bilden, andererseits aber zu klein,
um eine Trennung zwischen dem Substrat und einer anschließend
aufgebrachten Aluminiumschicht zu erlauben;
daß über der Chromschicht eine Aluminiumschicht aufgedampft
wird, deren Dicke genügt, um die Polarisation
minimal zu halten, die sich ansonsten in einer von der
Struktur reflektierten Strahlung aufgrund von Reflexion
an den Graphitfasern (19) ergeben würde.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Chromschicht bis auf eine Dicke im Bereich von
400 bis 700 Angström aufgedampft wird und daß die Aluminiumschicht
bis auf eine Dicke im Bereich von 5000
bis 7000 Angström aufgetragen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß über der Aluminiumschicht eine Schutzschicht
gebildet wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/819,671 US4686150A (en) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Electromagnetic radiation reflector structure and method for making same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3701029A1 true DE3701029A1 (de) | 1987-07-23 |
DE3701029C2 DE3701029C2 (de) | 1989-05-03 |
Family
ID=25228735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873701029 Granted DE3701029A1 (de) | 1986-01-17 | 1987-01-15 | Reflektor fuer elektromagnetische strahlung und verfahren zu seiner herstellung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4686150A (de) |
DE (1) | DE3701029A1 (de) |
FR (1) | FR2593331B1 (de) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE8606540U1 (de) * | 1986-03-10 | 1986-08-07 | Helmut K. Pinsch (GmbH & Co), 22761 Hamburg | Anordbarer Retroreflektor für die Reflexion von elektromagnetischen Strahlen |
FR2596136B1 (fr) * | 1986-03-21 | 1988-09-16 | Bronzavia Air Equipement | Cloison d'isolation thermique et son application a la realisation d'un dispositif d'isolation thermique |
FR2613876B1 (fr) * | 1987-04-10 | 1989-10-20 | Lmt Radio Professionelle | Antenne plane a reseau, auto-protegee et transportable |
US4961994A (en) * | 1987-12-16 | 1990-10-09 | General Electric Company | Protective coated composite material |
US4987418A (en) * | 1987-12-28 | 1991-01-22 | United Technologies Corporation | Ferroelectric panel |
US5554997A (en) * | 1989-08-29 | 1996-09-10 | Hughes Aircraft Company | Graphite composite structures exhibiting electrical conductivity |
US5420588A (en) * | 1993-04-14 | 1995-05-30 | Bushman; Boyd B. | Wave attenuation |
US6520650B2 (en) | 1999-02-08 | 2003-02-18 | Valeo Sylvania L.C.C. | Lamp reflector with a barrier coating of a plasma polymer |
US6828949B2 (en) * | 2002-04-29 | 2004-12-07 | Harris Corporation | Solid surface implementation for deployable reflectors |
FR2940927B1 (fr) * | 2009-01-09 | 2013-01-04 | Eads Europ Aeronautic Defence | Structure en materiau composite protegee des effets de la foudre |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2120854A (en) * | 1982-04-16 | 1983-12-07 | Fastwool Limited | Antennas |
DE3429417A1 (de) * | 1983-08-10 | 1985-02-28 | Rca Corp., New York, N.Y. | Reflektorkonstruktion fuer elektromagnetische strahlung |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2008266A1 (de) * | 1970-02-23 | 1971-09-09 | Inst Rundfunktechnik Gmbh | Flachenstrahler mit zweidimensional ge krummter Oberflache fur sehr kurze elektro magnetische Wellen, insbesondere Parabolspie gelantenne |
US3716869A (en) * | 1970-12-02 | 1973-02-13 | Nasa | Millimeter wave antenna system |
US3916418A (en) * | 1972-06-22 | 1975-10-28 | Itt | Fiber-reinforced molded reflector with metallic reflecting layer |
DE2460807C3 (de) * | 1974-12-21 | 1981-04-02 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | Flächenhaftes Leichtbauteil aus faserverstärktem Kunststoff |
US4115177A (en) * | 1976-11-22 | 1978-09-19 | Homer Van Dyke | Manufacture of solar reflectors |
JPS5833101B2 (ja) * | 1978-11-13 | 1983-07-18 | 横浜機工株式会社 | 耐熱性反射板 |
-
1986
- 1986-01-17 US US06/819,671 patent/US4686150A/en not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-01-15 DE DE19873701029 patent/DE3701029A1/de active Granted
- 1987-01-16 FR FR8700471A patent/FR2593331B1/fr not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2120854A (en) * | 1982-04-16 | 1983-12-07 | Fastwool Limited | Antennas |
DE3429417A1 (de) * | 1983-08-10 | 1985-02-28 | Rca Corp., New York, N.Y. | Reflektorkonstruktion fuer elektromagnetische strahlung |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
MAZZIO, V.F. et al: Optimized Design and Fabri- cation Processes für Advanced Composite SpacecraftStructures. In: 17th Aerospace Sciences Meeting, New Orleans, La./Jan. 15-17, 1979, S.5-8 * |
SAULICH, G.: Hoch-frequenzbauteile aus kohle- faserverstärktem Kunststoff für Satelliten-Nutz- lasten. In: Frequenz 35 (1981) 6, S.155-162 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3701029C2 (de) | 1989-05-03 |
FR2593331B1 (fr) | 1989-07-28 |
US4686150A (en) | 1987-08-11 |
FR2593331A1 (fr) | 1987-07-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4415132C2 (de) | Verfahren zur formgebenden Bearbeitung von dünnen Wafern und Solarzellen aus kristallinem Silizium | |
DE2702079C2 (de) | Sonnenabsorber | |
DE4433097C2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer lichtabsorbierenden Schicht einer Solarzelle | |
DE3701029C2 (de) | ||
EP0721667A1 (de) | Solarzelle mit einer chalkopyritabsorberschicht | |
DE2719731A1 (de) | Mehrschichtschaltung | |
DE4340266A1 (de) | Anorganische Hochtemperatur-Farbe | |
DE2929269C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Zinkoxid-Dünnfilms | |
DE3490105T1 (de) | Verbesserungen an Belägen, die geeignet sind, hohen thermischen Belastungen zu widerstehen, und insbesondere an Belägen für Satelliten und Raumschiffe, sowie Verfahren zur Herstellung dieser Beläge | |
DE3232499A1 (de) | Maske fuer die mustererzeugung in lackschichten mittels roentgenstrahllithographie und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE2407363C2 (de) | Halbreflektierende Verglasung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE2754526A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer fotokathode fuer elektroradiographische und elektrofluoroskopische apparate | |
DE3601040C2 (de) | ||
EP0036898B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, bestehend aus Substraten und aus auf deren Oberflächen festhaftenden, metallischen Schichten metastabiler oder instabiler Phasen | |
DE4136126C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines SrTiO¶3¶-YBa¶2¶Cu¶3¶O¶7¶-Schichtsystems und Schichtsystem aus SrTiO¶3¶ und YBa¶2¶Cu¶3¶O¶7¶ | |
US5166966A (en) | Coated x-ray filters | |
DE2803999B2 (de) | Piezoelektrischer kristalliner Film | |
DE3819011C2 (de) | ||
EP0222739A2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Transmissionsmaske | |
DE2811044B2 (de) | Piezoelektrische kristalline Filme | |
DE4002131A1 (de) | Hochtemperaturbestaendige reflektorfolie | |
DE4210613C2 (de) | Einrichtung zur Beschichtung eines Substrates mit einem metalloxidischen Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterial | |
EP0140455A2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Maske für die Mustererzeugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahllithographie | |
DE2804000A1 (de) | Piezoelektrischer kristalliner film | |
DE4017409C2 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |