[发明专利]一种透射式激光微推进薄膜靶带的制备方法和其制作用设备

说明书

技术领域

本发明属于激光推进技术领域，具体涉及到一种透射式激光微推进薄膜靶带的制备方法及制作用设备。

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，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920-980nm之间，脉冲时间为100μs-200ms，长脉冲时间限定了靶材必须为低导热率的高分子材料。激光微推力器的工作模式多采用透射式，激光透过高烧蚀阈值的基底层烧蚀背面的高分子材料，产生高温高压气团产生推力，该模式具有可避免光路污染和易于搭建的优点。透射式靶材料（靶带）由基底和烧蚀层组成，烧蚀层和基底必须粘结牢固，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），但目前制作该靶材料常用的真空镀膜、真空溅射、溶液法等方法至多只能做几十厘米长的靶带，很难制作可满足实际应用的几十米长的靶带。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，在现有技术的基础上，提供一种能满足激光微推进用靶材料的制作方法，设计加工设备，达到可加工满足透射式微推力器测试、使用要求的靶带。

本发明的技术方案如下：

一种透射式激光微推进薄膜靶带的制备方法，包括以下步骤：

（1）使用刮涂或喷涂的方法将烧蚀层材料混合液加工至基底，得靶带材料；

（2）将步骤（1）所得靶带材料在50～200摄氏度的条件下干燥2～10个小时，重复加工2～8次，使固化后的干膜厚度达到10～200微米；

（3）将步骤（2）所得靶带干膜在自然条件下干燥1～72小时；

（4）将步骤（3）所得靶带干膜在真空烘箱中，30帕及以下压力，20～100摄氏度条件下彻底烘干，得到透射式激光微推进薄膜靶带。

其中，所述烧蚀层材料可为现有市场上购买到的任意烧蚀层材料，如，包括高分子溶液（供能材料）和添加剂。本发明的烧蚀层材料混合液为符合一定粘度要求的高分子溶液，该溶液导热率低，能被长脉宽近红外激光烧蚀为等离子体；与近红外吸收剂具有良好的相容性。该高分子溶液可以为液体高分子原料或固体高分子溶解后形成的溶液，高分子可为PVC、PMMA、GAP、PVN、单基药、双基药、复合双基药等物质。为满足不同的使用条件要求，所述高分子溶液中需要各种添加剂，包括光吸收剂、催化剂、固化剂、流平剂、消泡剂或稳定剂等中的一种或几种或全部。所述添加剂与高分子溶液的比例可根据需要进行配置。

其中，所述光吸收剂主要有纳米级碳粉、微米级碳粉和液体红外吸收剂等，液体红外吸收剂主要为Exciton IRA980等，光吸收剂的加入可以改善高分子供能材料对激光的吸收性，提高烧蚀效率，纳米碳等小粒子物质还可以填补链段之间的空隙提高物理吸附作用。交联剂主要用于部分粘结剂的交联反应，使液体组分交联固化。催化剂主要是为加快固化速度而添加的物质，主要有二月桂酸二丁基锡（DBTDL）、辛酸亚锡、甲基二乙酸胺等。常用的固化剂有六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯等。流平剂是能改善湿膜流动性的物质，流平剂的主要作用是降低混合组分间的表面张力，增加流动性，使表面达到光滑、平整，从而获得无针孔、缩孔、刷痕和橘皮等表面缺陷的致密烧蚀层。流平剂主要是醋酸丁酸纤维素（CAB），例如EASTMAN公司的CAB381-0.1，CAB551-0.01，CAB381-20等。由于某些物质的引入以及搅拌等机械物理因素，溶液往往会产生泡沫，能防止产生泡沫的物质称为消泡剂，或者称为抗泡剂和防泡剂。消泡剂主要有BYK-141，Pernol E1等。稳定剂主要是为满足外太空的强辐射、高温、真空等特殊环境要求的而添加的物质，如紫外光吸收剂、抗氧剂等，例如2-羟基-4甲氧基二苯甲酮（UV-9）、TINUVIN328等紫外光吸收剂和TINUVIN292等抗氧剂。

所述基底可透过近红外段（920-980nm）的激光，对激光的吸收率低，并且不被激光烧透。优选的，所述基底为聚酰亚胺膜、PET膜、醋酸纤维素膜、BOPP膜等透光或半透光的介质。

其中，所述烧蚀层材料优选方案之一如下：

其包括以下重量份的成分：

高分子溶液       50～90份，

改善粘结性材料   5～40份，

添加剂           5～15份。