阅读说明：本技术 一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法 (Surface metallization method for flexible antenna made of resin-based carbon fiber composite material ) 是由 王珂 夏振涛 程涛 陈立 李瑶瑶 顾昊 范琳 范嵘 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法,包括以下步骤：清洁柔性天线表面；将清洁后的柔性天线放入高功率磁控溅射设备的真空腔室；将真空腔室抽真空,建立本底真空；通入氩气；在真空腔室内形成射频气体等离子体,溅射清洗去除柔性天线表面杂质；在树脂基碳纤维复合材料表面沉积金属离子,形成柔性天线表面金属化膜层；停止通入氩气；将真空腔室放气；将柔性天线取出,即可。利用孪生靶对称双极性高功率脉冲磁控溅射技术,实现树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面高结合力金属化膜层的制备,能够防止金属化膜层在柔性天线反复卷曲的情况下发生脱落或者局部损伤而失效,提高可卷曲柔性天线的可靠性。(The invention discloses a surface metallization method of a flexible antenna made of a resin-based carbon fiber composite material, which comprises the following steps: cleaning the surface of the flexible antenna; putting the cleaned flexible antenna into a vacuum chamber of high-power magnetron sputtering equipment; vacuumizing the vacuum chamber, and establishing background vacuum; introducing argon; forming radio frequency gas plasma in the vacuum chamber, and removing impurities on the surface of the flexible antenna by sputtering and cleaning; depositing metal ions on the surface of the resin-based carbon fiber composite material to form a flexible antenna surface metallized film layer; stopping introducing the argon; deflating the vacuum chamber; and taking out the flexible antenna. The method has the advantages that the high-bonding-force metallized film layer on the surface of the resin-based carbon fiber composite flexible antenna is prepared by utilizing a twin-target symmetric bipolar high-power pulse magnetron sputtering technology, the metallized film layer can be prevented from falling off or being damaged locally to lose efficacy under the condition that the flexible antenna is repeatedly curled, and the reliability of the curled flexible antenna is improved.)

一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，特别是涉及一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法。

背景技术

高分辨率遥感对超大型反射面天线提出了需求。为了实现轻量化，一般采用树脂基碳纤维复合材料制造天线；由于运载火箭的包络限制，需要采用可卷曲柔性天线；为了满足热控需求，提高天线的寿命，必须对天线表面进行金属化处理。采用喷涂、蒸发等传统工艺制备的树脂基碳纤维复合材料表面金属化层，基本可以满足常规的、形状不发生变化的固面天线使用要求，但是对于需要反复卷曲的柔性天线，金属化膜层可能发生脱落或者局部损伤，在空间交变温度形成的热应力作用下迅速失效，无法满足使用要求。因此需要一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，实现柔性天线表面高结合力金属化膜层的制备。

现有技术中，专利CN110289487A中公开了一种利用真空镀结合激光工艺的天线制备方法，其公开了在基材表面进行气相沉积或者真空溅镀金属层，使其表面金属化，获得天线胚料，且金属层为铜层和覆盖于所述铜层的保护层,但由于其基材为固面不可变形，对于需要反复卷曲的柔性天线的适用性存在不足。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，利用孪生靶对称双极性高功率脉冲磁控溅射技术实现树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面高结合力金属化膜层的制备，能够实现树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面高结合力金属化膜层的制备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，包括以下步骤：

步骤1，清洁树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面；

步骤2，将清洁后的树脂基碳纤维复合材料柔性天线放入高功率磁控溅射设备的真空腔室，并安装固定在工作台上；

步骤3，将高功率磁控溅射设备真空腔室抽真空，建立本底真空；

步骤4，打开气阀通入氩气；

步骤5，打开射频电源，在真空腔室内形成射频气体等离子体，同时打开偏压电源，溅射清洗去除树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面杂质；

步骤6，打开高功率脉冲磁控溅射电源与偏压电源，在树脂基碳纤维复合材料表面沉积金属离子，形成柔性天线表面金属化膜层；

步骤7，关闭气阀停止通入氩气；

步骤8，将高功率磁控溅射设备真空腔室放气；

步骤9，将树脂基碳纤维复合材料柔性天线取出，即可。

优选地，所述步骤1的树脂基碳纤维复合材料柔性天线是选用M55J/AG80复合材料通过热压罐固化工艺制备的，厚度为0.24～0.4mm，对于其他柔性非金属材料也可适用。

优选地，所述步骤2的高功率磁控溅射设备是采用孪生靶的对称双极性高功率脉冲磁控溅射设备，其他设备无法实现，因为无法产生高离化率的等离子体。

优选地，所述步骤3的本底真空为1～5×10^-3Pa。

优选地，所述步骤4的氩气流量为50±1sccm。

优选地，所述步骤5的射频电源工作功率300±50W，偏压电源工作幅值5±1kV，工作频率100±5Hz。

优选地，所述步骤6的磁控溅射电源工作功率400±50W，工作频率2000±5Hz，偏压电源工作幅值100±10V。这些参数是通过工艺参数优化试验总结出的，对于膜层结合力、均匀度、效率等均有影响，不适当的工艺参数将导致膜层结合力下降、均匀度变差等负面影响，严重影响产品质量。

优选地，所述步骤6的柔性天线表面沉积的金属离子是银离子或者铝离子。

优选地，所述步骤6的所述柔性天线表面金属化膜层厚度为1～6um，膜层结合力≥5N/cm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，能够实现树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面高结合力金属化膜层的制备，防止金属化膜层在柔性天线反复卷曲的情况下，发生脱落或者局部损伤而失效。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为高功率磁控溅射设备示意图；其中，101为真空腔室；102为孪生靶；103为气阀；104为树脂基碳纤维复合材料柔性天线；105为工作台；106为偏压电源；107为真空泵；108为高功率脉冲磁控溅射电源；

图2为树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，其流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤1，清洁树脂基碳纤维复合材料柔性天线104表面；

步骤2，将树脂基碳纤维复合材料柔性天线104放入高功率磁控溅射设备(图1)的真空腔室101，并安装固定在工作台105上；所述高功率磁控溅射设备设置有孪生靶102；

步骤3，用真空泵107将高功率磁控溅射设备的真空腔室101抽真空，建立本底真空；

步骤4，打开气阀103通入氩气；

步骤5，打开射频电源，在真空腔室101内形成射频气体等离子体，同时打开偏压电源106，溅射清洗去除树脂基碳纤维复合材料柔性天线104表面杂质；

步骤6，打开高功率脉冲磁控溅射电源108与偏压电源106，在树脂基碳纤维复合材料表面沉积金属离子，实现柔性天线表面金属化；

步骤7，关闭气阀103停止通入氩气；

步骤8，将高功率磁控溅射设备的真空腔室101放气；

步骤9，将树脂基碳纤维复合材料柔性天线104取出，即可。

所述步骤1的树脂基碳纤维复合材料柔性天线是选用M55J/AG80复合材料通过热压罐固化工艺制备的，厚度为0.3mm；

所述步骤2的高功率磁控溅射设备是采用孪生靶的对称双极性高功率脉冲磁控溅射设备；

所述步骤3的本底真空为3×10^-3Pa；

所述步骤4的氩气流量为50sccm；

所述步骤5的射频电源工作功率300W，偏压电源工作幅值5kV，工作频率100Hz；

所述步骤6的磁控溅射电源工作功率400W，工作频率2000Hz，偏压电源工作幅值100V，柔性天线表面沉积金属离子是银离子。

所得柔性天线表面金属化膜层厚度为2um，膜层结合力≥5N/cm，为5.5N/cm。

经使用测试，该金属化膜层在柔性天线反复卷曲15次的情况下，未发生脱落和局部损伤。

实施例2

本实施例提供了一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，所述步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：

所述步骤1的树脂基碳纤维复合材料柔性天线是选用M55J/AG80复合材料通过热压罐固化工艺制备的，厚度为0.24mm；

所述步骤2的高功率磁控溅射设备是采用孪生靶的对称双极性高功率脉冲磁控溅射设备；

所述步骤3的本底真空为1×10^-3Pa；

所述步骤5的射频电源工作功率350W，偏压电源工作幅值6kV，工作频率105Hz；

所述步骤6的磁控溅射电源工作功率450W，工作频率2000Hz，偏压电源工作幅值90V，柔性天线表面沉积金属离子是银离子。

所得柔性天线表面金属化膜层厚度为6um，膜层结合力≥5N/cm，为5.1N/cm。

经使用测试，该金属化膜层在柔性天线反复卷曲15次的情况下，未发生脱落和局部损伤。

实施例3

本实施例提供了一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，所述步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：

所述步骤1的树脂基碳纤维复合材料柔性天线是选用M55J/AG80复合材料通过热压罐固化工艺制备的，厚度为0.4mm；

所述步骤2的高功率磁控溅射设备是采用孪生靶的对称双极性高功率脉冲磁控溅射设备；

所述步骤3的本底真空为5×10^-3Pa；

所述步骤5的射频电源工作功率250W，偏压电源工作幅值5kV，工作频率100Hz；

所述步骤6的磁控溅射电源工作功率350W，工作频率2000Hz，偏压电源工作幅值110V，柔性天线表面沉积金属离子是铝离子。

所得柔性天线表面金属化膜层厚度为1um，膜层结合力≥5N/cm，为5.2N/cm。

经使用测试，该金属化膜层在柔性天线反复卷曲15次的情况下，未发生脱落和局部损伤。

综上所述，本发明提供一种树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面金属化方法，利用孪生靶对称双极性高功率脉冲磁控溅射技术实现树脂基碳纤维复合材料柔性天线表面高结合力金属化膜层的制备，能够防止金属化膜层在柔性天线反复卷曲的情况下发生脱落或者局部损伤而失效，提高可卷曲柔性天线的可靠性。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。