[发明专利]一种高致密复合型原子氧防护薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高致密复合型原子氧防护薄膜的制备方法，通过等离子体增强原子层沉积技术在有机材料基底上制备SiO_x薄膜种子层。采用化学气相沉积技术在SiOx薄膜种子层上制备硅氧烷膜中间层。采用等离子体增强原子层沉积技术在硅氧烷膜中间层上制备SiOx帽子层。其中SiOx种子层可以有效降低硅氧烷涂层中的微观缺陷，防止形成原子氧剥蚀通道。SiOx帽子层可以有效遮盖硅氧烷表面孔洞、裂纹等缺陷，同时增强原子氧防护性能。既发挥了等离子体制备的硅氧烷涂层的柔韧性，又发挥了原子层沉积的涂层的致密性，使防护涂层的综合性能显著提高。

技术领域

本发明涉及防原子氧剥蚀技术领域，具体涉及一种高致密复合型原子氧防护薄膜的制备方法。

背景技术

在低地球轨道环境中，原子氧是由太阳辐照中的短波长(243nm)的能量光解离氧气形成的。是低轨道环境中主要的空间环境因素之一。在轨航天器以大约7.8km/s的速度绕地球飞行，与原子氧撞击的平均能量达到4.5eV。对航天器表面材料有很强的侵蚀作用，改变航天器表面材料的光、电、热性能，影响航天器的寿命。且原子氧撞击能量随轨道高度降低而递增。随着低轨道卫星越来越多，在轨时间越来越长。如268km轨道的迎风面年原子氧累积通量4.02×10²²atoms/cm²，8年的总通量将达到3.5×10²³atoms/cm²。低轨道卫星上广泛使用的有机结构材料、热控薄膜材料、碳纤维板等极易受到原子氧剥蚀。因此，对高性能原子氧防护涂层提出迫切需求。

目前只要在材料表面沉积一层足够致密的防护涂层，就可防止原子氧对基底材料的剥蚀效应，例如有机无机杂化硅氧烷涂层等具有良好的低轨原子氧防护能力，可有效保护基底不被原子氧侵蚀。然而，硅氧烷涂层中存在孔洞等微观缺陷，导致原子氧对基底材料严重侵蚀，是造成整体质量损失的根本原因。此外，硅氧烷涂层中存在有机成分，在长时间原子氧辐照下，有机成分会被原子氧氧化形成易挥发物质，与基底附着力降低，逐渐导致硅氧烷涂层中形成孔洞，引起防原子氧性能失效。

因此，为提升原子氧防护涂层的性能，必须减少原子氧防护薄膜的微观缺陷和提升附着力，研制高致密复合型原子氧防护薄膜。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高致密复合型原子氧防护薄膜的制备方法，其中SiOx种子层可以有效降低硅氧烷涂层中的微观缺陷，防止形成原子氧剥蚀通道。SiOx帽子层可以有效遮盖硅氧烷表面孔洞、裂纹等缺陷，同时增强原子氧防护性能。既发挥了等离子体制备的硅氧烷涂层的柔韧性，又发挥了原子层沉积的涂层的致密性，使防护涂层的综合性能显著提高。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种高致密复合型原子氧防护薄膜的制备方法，所制备高致密复合型原子氧防护薄膜为四层结构，由下至上分别为有机材料基底、SiOx薄膜种子层、硅氧烷膜中间层以及SiOx薄膜帽子层。制备方法包括如下步骤：

步骤1：通过等离子体增强原子层沉积技术在有机材料基底上制备SiOx薄膜种子层。

步骤2：采用化学气相沉积技术在SiOx薄膜种子层上制备硅氧烷膜中间层。

步骤3：采用等离子体增强原子层沉积技术在硅氧烷膜中间层上制备SiOx帽子层。

进一步地，步骤1：通过等离子体增强原子层沉积技术在有机材料基底上制备SiOx薄膜种子层；具体包括如下流程：

步骤101：将有机材料基底放置于等离子体增强原子层沉积设备的反应室内，将反应室抽真空至1×10^-3～10×10^-3Pa。