一种导电性复合原子氧防护涂层ITO/MgF2的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种导电性复合原子氧防护涂层ITO/MgF2的制备方法，特别是采用磁控溅射法用复合靶制备ITO/MgF2导电性复合涂层来实现基底材料的原子氧防护，属于航空航天技术领域。
背景技术
航天器运行在空间等离子体环境中，其间的原子氧具有很高的能量和通量，并且其化学性质非常活泼。原子氧对航天器表面材料有很强的氧化腐蚀作用，会使结构材料减薄、发生形变、强度下降，改变光学器件的光学性能，使热控涂层的光学性能发生改变，导致热控失效。这些效应显著影响了航天器的工作性能和使用寿命。
同时，空间等离子体环境会使航天器表面发生电荷积累，由于不同区域电位不同，会引发放电现象发生。太阳能电池板由于静电积累发生充放电会导致功率损耗，曾经有卫星由于太阳能电池板发生充电现象而导致数据传输系统失效。另外，航天器表面静电积累会吸引污染物粒子在航天器表面沉积，从而影响热控涂层的工作性能。
因此，需要对航天器表面材料进行原子氧防护，同时应保证航天器表面等电位，这就需要研制有一定导电能力的原子氧防护涂层。研究发现，表面电阻率不超过108～109Ω/m2的半导体涂层能有效防止航天器表面发生放电现象。ITO因具有良好的导电性能和一定的耐原子氧性能，常被选作防静电、防原子氧涂层。但是由于ITO是无机氧化物涂层，存在较大的脆性，容易形成微裂纹，为原子氧“潜蚀”基底材料提供了通道。少量MgF2的加入，可以极大的提高ITO的耐原子氧性能和柔韧性。此外，MgF2具有光增透作用，如果用在太阳能电池表面能提高太阳能电池的效率。
研制和开发ITO/MgF2导电性复合原子氧防护涂层，对航天器表面材料进行有效的原子氧防护，同时防止航天器表面发生电荷积累现象，对高可靠性、长寿命航天器的研制有重要意义。
【发明内容】
本发明的目的是为了解决现有原子氧防护涂层容易积累静电、脆性大、容易出现微裂纹，从而容易被原子氧剥蚀的问题，提出了一种导电性复合原子氧防护涂层ITO/MgF2的制备方法，所制备的ITO/MgF2导电性复合原子氧防护涂层中MgF2的质量分数为7％～9％，表面电阻率小于等于109Ω/m2。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种ITO/MgF2导电性复合原子氧防护涂层的制备方法，其具体实施步骤如下：
(1)制备圆形ITO靶，其中In2O3的摩尔百分含量为91％、SnO2的摩尔百分含量为9％；
(2)制备4～6片与ITO靶同直径、扇形角为15°～20°的MgF2片状材料，其中MgF2纯度为99.9％；
(3)用导电胶将MgF2片状材料均匀粘贴在ITO靶上；
(4)将(3)制备的ITO/MgF2复合靶安装在磁控溅射设备的靶座上，磁控溅射设备抽真空至2×10-3Pa，然后通入Ar气，开启磁控溅射靶电源，靶面产生辉光放电，Ar离子流对ITO/MgF2靶进行轰击，从靶面溅射出ITO和MgF2，沉积在涂层基底上，得到ITO/MgF2导电型复合原子氧防护涂层；沉积放电功率为100～120W、放电气压为4×10-1～5×10-1Pa，沉积时间为50～60min；
(5)对沉积的ITO/MgF2涂层进行真空热处理，真空度为2×10-2Pa，温度为200℃，处理时间为60min。
有益效果
(1)本发明的ITO/MgF2复合涂层原子氧防护性能良好、有导电性，在空间等离子体环境中不积累静电；
(2)本发明的ITO/MgF2复合涂层柔韧性好，在用于柔性薄膜等需卷绕表面有明显优势；
(3)本发明的ITO/MgF2复合涂层对光线有增透作用，用于一些光学器件可提高工作效率。
【附图说明】
图1为ITO/MgF2复合靶示意图；
其中，1-ITO靶、2-MgF2片状材料。
【具体实施方式】
实施例1
(1)制备直径为100mm、厚度为10mm、In2O3的摩尔百分含量为91％、SnO2的摩尔百分含量为9％的ITO靶；
(2)制备4片直径为100mm、扇形角为20°的MgF2片状材料，MgF2的纯度为99.9％；
(3)用导电胶将MgF2片状材料均匀粘贴在ITO靶上；
(4)将(3)制备的ITO/MgF2复合靶安装在磁控溅射设备的靶座上，磁控溅射设备抽真空至2×10-3Pa，然后通入Ar气，开启磁控溅射靶电源，靶面产生辉光放电，Ar离子流对ITO/MgF2靶进行轰击，从靶面溅射出ITO和MgF2，沉积在Kapton基底上，得到ITO/MgF2导电型复合原子氧防护涂层；沉积放电功率为100W、放电气压为5×10-1Pa，沉积时间为60min；
(5)对沉积的ITO/MgF2导电型复合原子氧防护涂层进行真空热处理，真空度为2×10-2Pa，温度为200℃，处理时间为60min。
制得的涂层无色透明，其中MgF2含量为7.03％，涂层表面电阻率为6.95×107Ω/m2；经通量为1.66×1021atoms/cm2的原子氧试验，复合涂层剥蚀率为0.043mg/cm2，为ITO涂层剥蚀率0.063mg/cm2的68％。
实施例2
(1)制备直径为100mm、厚度为10mm、In2O3的摩尔百分含量为91％、SnO2的摩尔百分含量为9％的ITO靶；
(2)制备6片直径为100mm、扇形角为15°的MgF2片状材料，MgF2的纯度为99.9％；
(3)用导电胶将MgF2片状材料均匀粘贴在ITO靶上；
(4)将(3)制备的ITO/MgF2复合靶安装在磁控溅射设备的靶座上，磁控溅射设备抽真空至2×10-3Pa，然后通入Ar气，开启磁控溅射靶电源，靶面产生辉光放电，Ar离子流对ITO/MgF2靶进行轰击，从靶面溅射出ITO和MgF2，沉积在Kapton基底上，得到ITO/MgF2导电型复合原子氧防护涂层；沉积放电功率为120W、放电气压为4×10-1Pa，沉积时间为50min；
(5)对沉积的ITO/MgF2导电型复合原子氧防护涂层进行真空热处理，真空度为2×10-2Pa，温度为200℃，处理时间为60min。
制得的涂层无色透明，其中MgF2含量为8.12％，涂层表面电阻率为5.36×108Ω/m2；经通量为1.66×1021atoms/cm2的原子氧试验，复合涂层剥蚀率为0.027mg/cm2，为ITO涂层剥蚀率0.063mg/cm2的43％。
实施例3
(1)制备直径为100mm、厚度为10mm、In2O3的摩尔百分含量为91％、SnO2的摩尔百分含量为9％的ITO靶；
(2)制备5片直径为100mm、扇形角为20°的MgF2片状材料，MgF2的纯度为99.9％；
(3)用导电胶将MgF2片状材料均匀粘贴在ITO靶上；
(4)将(3)制备地ITO/MgF2复合靶安装在磁控溅射设备的靶座上，磁控溅射设备抽真空至2×10-3Pa，然后通入Ar气，开启磁控溅射靶电源，靶面产生辉光放电，Ar离子流对ITO/MgF2靶进行轰击，从靶面溅射出ITO和MgF2，沉积在Kapton基底上，得到ITO/MgF2导电型复合原子氧防护涂层；沉积放电功率为110W、放电气压为4.5×10-1Pa，沉积时间为55min；
(5)对沉积的ITO/MgF2导电型复合原子氧防护涂层进行真空热处理，真空度为2×10-2Pa，温度为200℃，处理时间为60min。
制得的涂层无色透明，其中MgF2含量为8.94％，涂层表面电阻率为6.89×108Ω/m2；经通量为1.66×1021atoms/cm2的原子氧试验，复合涂层剥蚀率为0.038mg/cm2，为ITO涂层剥蚀率0.063mg/cm2的60％。