RU2269146C2 - Многослойное покрытие - Google Patents
Многослойное покрытие Download PDFInfo
- Publication number
- RU2269146C2 RU2269146C2 RU2003112892/28A RU2003112892A RU2269146C2 RU 2269146 C2 RU2269146 C2 RU 2269146C2 RU 2003112892/28 A RU2003112892/28 A RU 2003112892/28A RU 2003112892 A RU2003112892 A RU 2003112892A RU 2269146 C2 RU2269146 C2 RU 2269146C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- layers
- substrate
- radiation
- layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Многослойное покрытие состоит из подложки с прозрачным электропроводным покрытием на внешней поверхности и отражающим покрытием на тыльной поверхности, выполненным в виде пленки металла с высокой отражательной способностью в интервале длин волн 0,3-2,4 мкм. Прозрачное электропроводное покрытие включает не менее 2-х слоев, причем один из слоев содержит оксид церия, а подложка выполнена из полиимидной пленки. Внешний слой прозрачного электропроводного покрытия может быть выполнен в виде тонкого (~0,05 мкм) прозрачного радиационно-стойкого износостойкого слоя, например из SiO2. Один из слоев прозрачного электропроводного покрытия может быть выполнен на основе оксида олова SnO2, легированного оксидом церия CeO2, или на основе In2O3. Технический результат - расширение функциональных возможностей, улучшение технологичности и повышение надежности в экстремальных условиях эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области терморегулирующих покрытий, эксплуатирующихся преимущественно в составе космической техники.
Многослойное покрытие предназначено для использования в качестве внешнего слоя экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) на наружных поверхностях космических аппаратов (КА) с электрическим заземлением на корпус КА или в качестве терморегулирующего покрытия класса "солнечный отражатель" при нанесении его с помощью клеевого электропроводного слоя на наружные поверхности, преимущественно теплоизлучающие поверхности КА.
В процессе эксплуатации поверхность КА нагревается под действием электромагнитного излучения (ЭМИ) Солнца. При этом уравнение теплового баланса плоской пластины, нормально ориентированной на Солнце, с теплоизоляцией на тыльной поверхности, в условиях открытого космического пространства имеет вид:
где Т - равновесная температура поверхности пластины, [К]; Is - плотность потока солнечного излучения Is=1400 [Вт/м2]; Со - постоянная Стефана-Больцмана, Со=5,67×10-8 [Вт/(м2К4)]; As - коэффициент поглощения солнечного излучения освещенной поверхности; ε - коэффициент излучения.
Отсюда видно, что температурный режим покрытия обеспечивается отношением терморадиационых характеристик As/ε его поверхности. Чем меньше отношение As/ε, тем эффективнее работает покрытие класса «солнечный отражатель».
Однако, кроме ЭМИ Солнца, на внешнюю поверхность ЭВТИ и другие поверхности КА воздействует корпускулярное излучение - потоки электронов и протонов радиационных поясов Земли (РПЗ). Под их действием на диэлектрических поверхностях КА скапливается неоднородный электростатический заряд. Периодически между областями поверхности с разными электрическими потенциалами происходят разряды, вызывающие помехи или даже сбои бортовой электронной аппаратуры и способствующие ухудшению характеристик оптических поверхностей. Для защиты от электризации необходимо нанесение на лицевую поверхность покрытия электропроводных слоев, не ухудшающих характеристики As и ε покрытия.
Известно многослойное покрытие (Франция, патент № 2681078, 06.09.91), содержащее полимерную подложку, на которой расположен оптический слой. Способ получения такого покрытия включает в себя нанесение на эластичную подложку адгезионного слоя с последующим нанесением металлического оптического слоя и сушкой.
Основным недостатком данного аналога является высокая величина отношения коэффициента поглощения солнечного излучения получаемого покрытия к коэффициенту излучения (степени черноты) As/ε=2 при требуемом отношении менее 1,0 для терморегулирующих покрытий класса "солнечный отражатель".
Известно терморегулирующее устройство (патент США № 4618218), представляющее собой трехслойное покрытие, внешний слой которого выполнен из прозрачного (для заданных длин волн) электропроводного материала, например Ge; промежуточный - из твердого электролита с преимущественно ионной проводимостью, а внутренний - из серебра. В зависимости от разности потенциалов между внешним и внутренним слоями покрытие может поглощать или отражать излучение определенного диапазона длин волн.
Основными недостатками данного аналога являются: необходимость в источнике энергии и управляющей схеме; невозможность совмещения высокой излучательной способности и высокой отражательной способности в интервале длин волн 0,3-2,4 мкм Rs (Rs=1-As).
Известно многослойное терморегулирующее покрытие класса «солнечный отражатель» (RU, № 2168189, 11.10.1999), содержащее полимерную подложку с нанесенным на нее оптическим слоем с нитевидными или волокнистыми кристаллами оксида цинка с высокой отражательной способностью в интервале длин волн 0,3-2,4 мкм, при этом полимерная подложка выполнена эластичной. Покрытие получают путем многослойного полива на подложку раствора органического связующего с пигментом.
Недостатками аналога являются высокая масса многослойной краски (150...200 г/м2) и наличие органического связующего. Большинство органических связующих, в том числе приводимый в примере поливиниловый спирт, относятся к диэлектрикам и обладают высоким газовыделением в вакууме. Являясь диэлектриком, покрытие накапливает электростатический заряд под действием заряженных частиц РПЗ, что приводит к возникновению электрических разрядов, вызывающих помехи или даже сбои в бортовой аппаратуре КА. Выделяющиеся из покрытия остатки растворителя и продукты деструкции органического связующего частично осаждаются на поверхность покрытия и другие поверхности КА, ухудшая их оптические свойства.
Наиболее близким по технической сущности является покрытие космического аппарата (патент США US5400986), состоящее из листов прозрачного диэлектрического материала подложки с прозрачным электропроводным покрытием на внешней поверхности и отражающим покрытием на тыльной поверхности. Указанный патент принят в качестве прототипа.
Основные недостатки прототипа:
- покрытие выполнено из хрупкого материала - листов стекла или кварца, что повышает риск повреждения покрытия при монтаже на изделие и других технологических работах с ним, а также исключает возможность изготовления гибких экранов;
- покрытие выполнено из отдельных фрагментов малых размеров (до 9,1×11,2 см), между отдельными фрагментами должны быть зазоры для компенсации теплового расширения, следовательно, часть поверхности не защищена покрытием;
- высокая стоимость покрытия, обусловленная высокой сложностью технологии изготовления тонких стеклянных листов - необходимо специальное дорогостоящее оборудование и точное соблюдение технологических режимов;
- электропроводное покрытие не защищено от воздействия промышленной атмосферы (в том числе, влаги), от механических повреждений при технологических работах с покрытием, от эрозии атомарным кислородом и плазмой двигателей коррекции КА при эксплуатации.
Целью настоящего изобретения является исключение указанных недостатков и расширение функциональных возможностей многослойного покрытия, улучшение его технологичности и повышение надежности в экстремальных условиях эксплуатации, с сохранением заданных терморадиационных характеристик (As/ε=0,3...0,5) и оптимальной поверхностной электропроводности.
Технический результат достигается тем, что прозрачное электропроводное покрытие включает не менее 2-х слоев, причем один из слоев содержит оксид церия, а подложка выполнена из полиимидной пленки.
Суть изобретения поясняется чертежом, на котором изображено поперечное сечение покрытия. Оно состоит из подложки 3, выполненной в виде полимерной пленки, электропроводного покрытия 2 на лицевой стороне подложки, причем электропроводное покрытие (ЭП) 2 может включать износостойкий слой 1. Многослойное покрытие включает металлический отражающий слой 4, снабженный защитным покрытием 5, на тыльной стороне подложки.
Отражающий слой 4 выполнен из металла с высокой отражательной способностью в интервале длин волн 0,3-2,4 мкм, например серебра или алюминия. Защитное покрытие 5 выполнено в 1 или 2 слоя и нанесено на внешнюю сторону отражающего слоя 4 и содержит твердое коррозионно-стойкое соединение, металл или сплав, причем металл или сплав может быть частично или полностью окисленным. Электропроводное покрытие 2 выполнено из оптически прозрачного радиационно-стойкого неорганического материала на основе оксидного полупроводника, например оксида индия, и может содержать (иметь) неорганический износостойкий слой 1 (например, SiO2) на внешней поверхности.
Многослойное покрытие устанавливается на поверхности изделия (какого-либо узла, прибора КА) с помощью соответствующих клеев или применяется в составе ЭВТИ в виде внешнего (лицевого) слоя пакета ЭВТИ. В процессе эксплуатации лицевая поверхность многослойного покрытия подвергается воздействию солнечного излучения и потока заряженных частиц, в том числе атомарного кислорода.
Солнечное излучение частично отражается от внешних поверхностей покрытия (~5%), часть излучения поглощается в пленке (~20%), часть поглощается в металле отражающего слоя 4 (~10%), оставшаяся часть солнечного излучения отражается от металла отражающего слоя 4 и, проходя через подложку, уходит в окружающее пространство (~70%).
При этом, благодаря использованию не менее 2-х слоев электропроводного покрытия, один из которых содержит оксид церия (CeO2), повышается стойкость покрытия к истиранию (за счет высокой твердости оксида церия) и повышается стабильность свойств подложки под действием электромагнитного излучения Солнца за счет задержки части излучения ультрафиолетового диапазона длин волн и корпускулярного излучения (в том числе низкоэнергетичных протонов, электронов и плазмы двигателей коррекции).
Кроме того, внешний слой обеспечивает высокую стойкость остальных слоев покрытия к факторам хранения (т.е. предохраняет оставшиеся слои от воздействия влаги и других составляющих промышленной атмосферы); защищает от воздействия истирающих нагрузок при технологических работах. Благодаря выполнению электропроводного покрытия на основе оксидных полупроводников обеспечивается высокая радиационная стойкость покрытия, причем внешний слой обеспечивает высокую стойкость к воздействию атомарного кислорода (защищает электропроводное покрытие от повреждения атомарным кислородом на участке выведения КА на орбиту и при эксплуатации на низких околоземных орбитах).
Благодаря выполнению подложки из полиимидной пленки обеспечивается радиационная стойкость, гибкость материала, снижение его удельного веса и возможность изготовления из него сплошных экранов большой площади, при сохранении высокой термо- и радиационной стойкости (сохранение оптических характеристик при нагреве до 573 К и после облучения с поглощенной дозой более 3×106 Гр). Использование другой полимерной пленки (из известных радиационно-стойких материалов) приведет к снижению радиационной стойкости и термостойкости многослойного покрытия; кроме того, при использовании полиимидной пленки толщиной, например, 50 мкм достигается коэффициент излучения (степень черноты) не менее 0,8; при этом для достижения той же величины коэффициента излучения необходимо использование другой полимерной пленки большей толщины, например пленка из фторопласта 4МБ должна иметь толщину более 100 мкм. Применение в качестве подложки пленки большей толщины привело бы к увеличению удельного веса покрытия.
В результате совокупности описанных отличительных признаков повышается качество покрытия и расширяется область его возможного применения при достижении эксплуатационных характеристик, а именно:
- расширяются функциональные возможности многослойного покрытия: покрытие сохраняет работоспособность и может быть использовано на низких околоземных орбитах (в присутствии атомарного кислорода) и на участках поверхности КА, подверженных воздействию плазмы двигателей коррекции;
- повышается надежность работы многослойного покрытия (сохраняемость требуемых оптических и электрических свойств) под действием внешних факторов как в наземных условиях (истирающих нагрузок, агрессивных компонентов промышленной атмосферы), так и в условиях эксплуатации в составе КА (под действием излучения Солнца, атомарного кислорода, корпускулярного излучения, в т.ч. плазмы двигателей коррекции КА, протонов, электронов);
- повышается технологичность изготовления многослойного покрытия и достигается возможность изготовления из многослойного покрытия гибких защитных экранов большой площади.
На предприятии разработаны и изготовлены опытные образцы покрытия. Проведенные испытания показали высокую стойкость покрытия к факторам хранения (воздействие переменных температур и влажности) и эксплуатации (циклическое изменение температуры в вакууме (±180°С), ионизирующее излучение поглощенной дозой до 3×106 Гр, воздействие солнечного излучения, потоков электронов, кислородной плазмы). В процессе облучения электронами в вакууме электризация поверхности покрытия отсутствует.
После имитации 8 лет хранения воздействия ударных, вибрационных и транспортировочных нагрузок, циклического изменения температуры в вакууме, воздействия ионизирующего излучения и заатмосферного солнечного излучения покрытие сохраняет электропроводность поверхности, достаточную для снятия избыточного электростатического заряда и оптические характеристики покрытия соответствуют требованиям к ТРП класса «солнечный отражатель» (As/ε<1,0).
Из известных авторам патентно-информационных источников не известна совокупность признаков, сходных с признаками заявляемого объекта.
Claims (4)
1. Многослойное покрытие, состоящее из подложки с прозрачным электропроводным покрытием на внешней поверхности и отражающим покрытием на тыльной поверхности, выполненным в виде пленки металла с высокой отражательной способностью в интервале длин волн 0,3-2,4 мкм, прозрачное электропроводное покрытие включает не менее двух слоев, причем один из слоев содержит оксид церия, а подложка выполнена из полиимидной пленки.
2. Многослойное покрытие по п.1, отличающееся тем, что внешний слой прозрачного электропроводного покрытия выполнен в виде тонкого (~0,05 мкм), прозрачного, радиационно-стойкого, износостойкого слоя, например из SiO2.
3. Многослойное покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что один из слоев прозрачного электропроводного покрытия выполнен на основе оксида олова SnO2, легированного оксидом церия CeO2.
4. Многослойное покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что один из слоев прозрачного электропроводного покрытия выполнен на основе In2O3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003112892/28A RU2269146C2 (ru) | 2003-04-30 | 2003-04-30 | Многослойное покрытие |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003112892/28A RU2269146C2 (ru) | 2003-04-30 | 2003-04-30 | Многослойное покрытие |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003112892A RU2003112892A (ru) | 2004-11-10 |
RU2269146C2 true RU2269146C2 (ru) | 2006-01-27 |
Family
ID=36048020
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003112892/28A RU2269146C2 (ru) | 2003-04-30 | 2003-04-30 | Многослойное покрытие |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2269146C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2513328C2 (ru) * | 2012-08-14 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Многофункциональный композиционный материал |
RU2537515C1 (ru) * | 2013-08-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Многослойное покрытие тонкостенной оболочки из полимерного композиционного материала космического антенного рефлектора |
RU2542977C2 (ru) * | 2009-10-15 | 2015-02-27 | Аркема Инк. | НАНЕСЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ ПЛЕНОК ZnO НА ПОЛИМЕРНЫЕ ПОДЛОЖКИ ХИМИЧЕСКИМ ОСАЖДЕНИЕМ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УФ |
RU2768816C1 (ru) * | 2021-09-01 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ моделирования восстановления оптических и прочностных характеристик изделия из кварцевого стекла, используемого в космических аппаратах |
-
2003
- 2003-04-30 RU RU2003112892/28A patent/RU2269146C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542977C2 (ru) * | 2009-10-15 | 2015-02-27 | Аркема Инк. | НАНЕСЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ ПЛЕНОК ZnO НА ПОЛИМЕРНЫЕ ПОДЛОЖКИ ХИМИЧЕСКИМ ОСАЖДЕНИЕМ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УФ |
RU2513328C2 (ru) * | 2012-08-14 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Многофункциональный композиционный материал |
RU2537515C1 (ru) * | 2013-08-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Многослойное покрытие тонкостенной оболочки из полимерного композиционного материала космического антенного рефлектора |
RU2768816C1 (ru) * | 2021-09-01 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ моделирования восстановления оптических и прочностных характеристик изделия из кварцевого стекла, используемого в космических аппаратах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Grossman et al. | Space environment effects on polymers in low earth orbit | |
Gotlib-Vainstein et al. | Liquid phase deposition of a space-durable, antistatic SnO2 coating on Kapton | |
RU2655942C2 (ru) | Способ изготовления рассеивающего заряд поверхностного слоя | |
RU2421490C1 (ru) | Терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели" | |
Banks et al. | Ion beam sputter-deposited thin film coatings for protection of spacecraft polymers in low earth orbit | |
Morioka et al. | First flight demonstration of film‐laminated InGaP/GaAs and CIGS thin‐film solar cells by JAXA's small satellite in LEO | |
de Groh et al. | Degradation of spacecraft materials | |
US7691452B1 (en) | Anti-contamination coated multi-layer insulation | |
RU2269146C2 (ru) | Многослойное покрытие | |
US9230698B2 (en) | Radiation stable shield | |
Lv et al. | Development of Ca3 (PO4) 2 inorganic thermal-control coating used in harsh space environments | |
RU2356074C2 (ru) | Терморегулирующее покрытие и способ его установки на ка | |
Plis et al. | Characterization of novel spacecraft materials under high energy electron and atomic oxygen exposure | |
Wang et al. | Analysis of Physical–Chemical Properties and Space Environment Adaptability of Two-Component RTV Silicone Rubber | |
Fujii et al. | Electrostatic charging and arc discharges on satellite dielectrics simulated by electron beam | |
Jiang et al. | Analysis of influence factors on dust removal efficiency for novel photovoltaic lunar dust removal technology | |
RU2513328C2 (ru) | Многофункциональный композиционный материал | |
Tursunkhanova et al. | The effect of indium–tin oxide coatings on the formation of craters on glass surfaces under the impact of high-velocity microparticles | |
RU2343509C1 (ru) | Радиопрозрачное терморегулирующее покрытие | |
WO2022026032A1 (en) | Flexible solar array for extraterrestrial deployment | |
Goldstein et al. | Usage of ITO to prevent spacecraft charging | |
RU150834U1 (ru) | Стеклянная пластина для радиационной и электростатической защиты фотоэлектрических преобразователей космических аппаратов | |
JPS63145020A (ja) | 宇宙飛翔体熱移動・熱制御積層複合材料 | |
Green et al. | A study of spacecraft charging due to exposure to interplanetary protons | |
Li et al. | Degradation of Teflon film under radiation of protons and electrons |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110501 |