[发明专利]叠氮类高分子敏化型高能烧蚀材料及其制备方法和用其制备的靶带

说明书

技术领域

本发明属于激光推进技术领域，具体涉及一种叠氮类高分子敏化型高能烧蚀材料及其制备方法和用其制备的靶带。 

背景技术

激光微推进技术可实现小卫星的姿态控制和轨道保持，具有冲量比特小、系统质量轻、推力可调范围宽、无喷嘴结构等优点，工作模式多采用透射式，在空间微推进领域具有不可替代的地位。由于小卫星在重量和能量方面的限制，必须使用较小功率的激光器（≥1W），激光器发射的波长在近红外段（930~980nm）、脉冲时间为100μs~200ms，长脉冲时间限定了烧蚀材料必须为低导热率的高分子材料。目前激光微推进用靶材料由基底和烧蚀层组成，为保证推力器的使用寿命，靶材料必须具有一定的长度（几十厘米至几百米）、宽度（几厘米）、厚度（几微米到几百微米）和挠度（可缠绕在滚轮上），并且烧蚀层和基底要粘结牢固。 

不同的高分子物质在激光烧蚀时，产生的比冲、冲量耦合系数、能量转化率具有较大差别，选择高比冲的物质可以满足激光微推进姿态控制的需要，高冲量耦合系数的物质可以满足姿态保持的需要。根据工质是否含能，可将烧蚀工质分为惰性工质和含能工质。根据能量守恒，惰性工质的烧蚀效率不会超过100%，但若激光能量能够诱导含能工质的分解反应，在激光能量和化学能的共同作用下激光能量的利用效率可突破100%。PVC是最好的惰性介质，其最大冲量耦合系数可达19dyn/W，最大比冲可达1800s，最高烧蚀效率为49%。PVC可满足SAT-21型小卫星的使用要求并且易于制备，但其能量利用率低，飞行器需携带大量工质增加了设备重量，在连续使用过程中存在着放气量过大的问题,并且含碳的喷溅产物的扩散角度过大。由于受到微推力器重量的限制，激 光器的功率和携带的工质质量都受到限制，所以降低工质的烧蚀阈值，提高烧蚀效率势在必行。 

激光微推进器的靶带设计一般分为反射式和透射式两种，透射式情况下激光通过高烧蚀阈值的透明基底烧蚀背面的工质产生推力，与反射式相比具有可避免光学镜头污染和光路易于搭建两大突出优点，目前的研究主要集中在透射式。透射式的作用模式决定了靶带分为基底和烧蚀层两层。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种烧蚀阈值低、能满足激光微推进能量需求，烧蚀层与基底能很好粘结的烧蚀材料。 

本发明的另一目的在于提供一种制备叠氮类高分子敏化型高能烧蚀材料的方法。 

本发明的还一目的提供了一种用上述烧蚀材料制备的靶带。 

为了实现本发明的目的，本发明的技术方案如下： 

一种叠氮类高分子敏化型高能烧蚀材料，包括以下重量份的成分： 

叠氮类材料     5-80份， 

高能材料       5-70份， 

添加剂         5-15份。 

其中，所述叠氮类材料为含有叠氮类光敏基团的含能物质，如聚叠氮缩水甘油醚（GAP）、3，3-二叠氮甲基氧杂丁环（BAMO）等。由于叠氮类材料含有光敏基团，对光的吸收较好，能降低烧蚀阈值，并且叠氮基含能，在烧蚀过程中可分解释放能量。在激光与烧蚀层作用过程中，首先激发烧蚀阈值较低的叠氮类材料，叠氮类材料分解释放的能量一部分形成高温气团，反喷产生推力，另一部分能量通过热传导诱发较钝感的高能材料高含能物质的分解，从而大大提高了激光能量的利用率。由于叠氮类材料的光敏特性，叠氮类材料可以代替或者部分代替光吸收剂，增加含能组分在总配方中所占的比例，并可避免纳米碳等光吸收剂的相容性和团聚等问题。同时，高能材料具有一定的粘性，可以改善烧蚀层与基底的粘结性，高能材料可以通过交联反应或分子间力、氢键等大大改善与基底的粘结性，避免脱胶等现象。 

本发明的高能材料是具有高能量密度的含能材料，高能材料的分解放热可提高激光能量的利用效率。同时选用的高能材料均感度较低，保证了烧蚀带的储存、运输、发射的安全性。选择的高能材料与叠氮类材料必须具有很好的相容性，可与叠氮类材料共存。优选的，所述高能材料为单基药、双基药、PMMA、黑索金、六硝基菧、奥克托今、聚乙烯醇硝酸酯等。