[发明专利]空间飞行器用钼/铂/银层状金属基复合材料的制备工艺

说明书

技术领域

 本发明涉及到一种空间飞行器太阳电池阵互连片用钼/铂/银层状金属基复合材料的制备工艺。

背景技术

空间飞行器（包括卫星、宇宙飞船和空间站等）的电源系统是由以太阳能电池阵作为发电装置、蓄电池组作为储能装置和与配电系统所需的电源控制装置构成的。太阳能电池阵在地球轨道的光照期间发电，为航天器的用电负载提供电能，同时为蓄电池组充电。

太阳能电池阵由大量太阳能电池片组成，这些电池片有序装贴在太阳电池板上,利用太阳能电池的光电效应，将入射太阳光辐射转换成电能。虽然每片电池贡献很小的电流与电压，但大量的电池片进行适当的串联和并联则可提供航天器负载所需要的电流和电压，而这些串联、并联以及电流的引出都是采用金属互连片进行。

空间飞行器有相当一部分是在低地球轨道（Low Earth Orbit-LEO，轨道高度处于200Km到1000Km之间）上运行。所用互连片在此轨道上将经受原子氧、热循环、微陨石与空间碎片和紫外辐射的影响，其中又尤其以原子氧和热循环的影响最为严重。在这种空间环境中，互连片往往出现裂纹、氧化剥蚀和变形脱落，轻则太阳能电池阵输出功率下降，重则电池阵彻底破坏，从而导致空间飞行器失效。而要提高LEO空间飞行器的在轨可靠性和寿命，互连片采用具有高抗原子氧侵蚀能力、低热膨胀量和导电性优良的新型钼/铂/银层状复合材料将是关键之一。

中国专利CN201110008862.5公开了太阳能电池互连片用钼/银层状金属基复合材料与制备工艺，主要是采用离子注入法，将银离子注入钼金属箔试片中，然后电镀银得到钼/银层状金属基复合材料。需要指出钼/银层状金属基复合材料虽解决了互连片高界面结合强度、耐热疲劳、优良的焊接性和导电性等问题，但实践证明还必须解决好互连片具备优异的抗氧化性来承担LEO原子氧侵蚀的问题，在钼-银之间加入铂金属层来制备钼/铂/银层状复合材料即可满足。

钼/铂/银层状复合材料的制备技术有几个难点：                                               钼-铂虽为固溶系统，但存在着五个金属中间相（相Mo₆Pt、相Mo₃Pt、相Mo₃Pt、相MoPt、相Mo₆Pt₂），加上钼箔表面活性极低，获得结合强度高、塑韧性良好的钼/铂结合界面难度较大；铂-银体系虽为固溶系统，但迄今为止学术界对铂-银二元合金相图存在着较大争议，这使得合理显微结构的确认、退火工艺的制订存在着难度；钼、铂和银金属的热膨胀系数差异较大（钼的热膨胀系数约为5.210^-6/K^-1、铂的热膨胀系数约为9.010^-6/K^-1、银的热膨胀系数约为19.210^-6/K^-1），热应力较难控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间飞行器太阳电池阵互连片用钼/铂/银层状金属基复合材料的制备工艺，以提高LEO 空间飞行器的在轨寿命和可靠性。采用无氰电镀+多次退火技术来实现钼/铂/银之间界面的冶金结合，最终制备出了钼/铂/银层状金属基复合材料，达到了性能要求。所制备的钼/铂/银层状金属基复合材料能与空间砷化镓太阳电池电阻点焊的强度达到了国家军标GJB2602-1996的要求。

本发明提供的太阳电池阵互连片用钼/铂/银层状金属基复合材料的制备工艺主要包括以下步骤：

1）钼金属箔的前处理。钼箔的前处理对于获得高强度的钼/铂/银界面结合非常重要。前处理包括了钼箔去油、清洗、刻蚀、超声波清洗等步骤，其过程为：将用酒精清洗过的钼箔浸入去油液中浸泡，取出浸入去离子水中浸泡清洗，去油清洗完的钼箔浸入刻蚀液中刻蚀，刻蚀结束后浸入去离子水中浸泡，然后放入去离子水中进行超声波清洗，超声清洗结束后晾干待用。

2）钼金属表面电镀铂。该步骤采用直流电镀装置电镀铂，电镀液温度为80-85℃，电镀完获得钼/铂电镀试样。

电镀铂溶液成分和工艺参数如下：

磷酸氢二钠         140g/L            pH值           7-7.5

磷酸氢二铵         40g/L            电流密度         4-4.5A·dm^-2

氯铂酸             0.5308g/L         电镀时间         3.5-4h