本发明专利技术公开了一种抑制微波部件微放电效应的微刻蚀工艺方法，这一方法的核心是在保证微波部件良好导电性的基础上，利用化学方法微刻蚀铝合金镀银表面，使微波部件光滑的镀银表面形成纳米微陷阱结构，从而抑制微波部件表面的二次电子发射，以达到提高微放电阈值，抑制微放电的目的。该方法主要包括以下处理步骤：微波部件经必要清洗后，利用Fe(NO3)3溶液进行刻蚀，在部件镀银表面形成纳米微结构；然后在50％的盐酸中浸泡去除Fe3+。该方法与现有的微波部件处理工艺衔接良好，微波部件表面的二次电子发射系数受到明显抑制，部件的微放电阈值也有显著提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于微波部件表面处理
技术介绍
航天器载荷中大功率微波部件如输出多工器、滤波器、开关矩阵、天线馈源等极易产生微放电效应。微放电效应也称二次电子倍增效应，是指部件处于I X 10_3Pa或更低压强时，在承受大功率的情况下发生的谐振放电现象。目前卫星有效载荷系统中微波部件大部分以铝合金为基体，为了降低器件损耗最常采用的方法是表面电化学镀银。在实际应用中，这些镀银部件如多工器、滤波器等在大功率电磁波传输条件下容易发生微放电效应，导致大功率微波部件失效，甚至使整个有效载荷彻底失效。 研究表明，在微波部件表面制备新的低SEY (二次电子发射系数)镀层材料，例如Alodine、TiN等，可以在微波部件结构尺寸不变的条件下提高微放电阈值，但这些镀层自身导电性差，使微波部件在高频条件下表面阻抗大，Alodine工艺还会造成一定的重金属环境污染，工程上难于推广。已有专利公开了几种可以用于微波部件表面抑制二次电子发射的方法，包括等离子体轰击方法形成Ag或者Ti的纳米多孔结构；物理镀膜方法形成Ag、Au纳米多晶结构；电泳沉积碳化物、TiN等多种纳米晶。但这些方法主要存在以下问题(I)等离子体轰击方法形成的是非规则形状陷阱结构，陷阱深度有限，如增加等离子体轰击时间，不但陷阱不会加深，而且会造成镀银层整体剥落，不能起到抑制二次电子发射的作用。(2)物理镀膜和电泳沉积法镀覆的薄膜与基底间需要一定的粘附力，通常需要增加高温退火步骤来提高薄膜与基底的粘附力，但是铝合金材料不耐高温，镀覆在微波部件表面的薄膜容易脱落。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了，既能提高微波部件微放电阈值，抑制微波部件微放电效应，又不用改变微波部件设计的结构尺寸。本专利技术的技术解决方案是，步骤如下(I)对微波部件的表面进行去油和清洗处理；(2)对步骤(I)中预处理过的微波部件利用Fe(NO3)3刻蚀液进行微刻蚀反应，在微波部件表面形成微陷阱结构；(3)清洗该微波部件，去除微波部件表面的反应残留物；(4)去除微波部件表面残留的Fe3+ ；(5)再次清洗该微波部件；(6)烘干该微波部件并包装保存。步骤(I)中所述对微波部件的表面进行去油和清洗处理具体为先分别依次用丙酮、乙醇超声清洗5min去油，再用超纯水超声清洗5min，最后在50°C下烘干。Fe(NO3)3刻蚀液采用Fe (NO3) 3 · 9H20配制，其质量比为Fe (NO3) 3 · 9H20 超纯水H2O = I 2。对微波部件利用Fe(NO3)3刻蚀液进行微刻蚀反应时，微刻蚀反应温度为 500C ±1°C，反应时间为 40s±2s。步骤(3)中清洗该微波部件具体为先进行二级水洗，再用超纯水超声清洗2次，每次2min。所述去除微波部件表面残留的Fe3+具体为将微波部件在50%的盐酸中浸泡20s。本专利技术与现有技术相比的有益效果是(I)本专利技术提出利用化学微刻蚀的方法，在微波部件表面微刻蚀形成纳米微陷阱结构，利用二次电子在微陷阱结构间隙被反射吸收的原理抑制部件表面的二次电子发射。航天器大功率微波部件表面的镀银层有 ο μ m左右，本专利技术提出的微刻蚀方法形成的空隙最深不超过5 μ m。本专利技术能很好地保持镀银层的连续性，避免了现有技术中的不良导体镀层带来的高损耗问题，可以将微波部件损耗控制在工程应用要求的范围之内。(2)本专利技术提出的微刻蚀方法直接在微波部件的镀银表面刻蚀，没有引入新的镀层材料，避免了现有技术中镀层材料带来的重金属污染，同时，也避免了镀层材料与微波部件基底的粘附力问题。(3)此外，化学方法刻蚀的非规则陷阱结构深度较大，有利于二次电子在陷阱结构间隙被多次反射吸收，更好的抑制二次电子发射，提高微波部件的微放电阈值。附图说明图I微刻蚀后微波部件表面的粗糙度曲线。图2微刻蚀前后微波部件表面的SEY特性曲线对比。图3为本专利技术方法流程具体实施例方式本专利技术中微波部件采用铝合金镀银材料，本专利技术原理为利用化学方法微刻蚀铝合金镀银表面，使微波部件光滑的镀银表面形成纳米微陷阱结构，以达到抑制二次电子发射的目的。Ku波段阻抗变换器是常用的空间微波部件，下面以Ku波段阻抗变换器为例对本专利技术提出的微放电抑制方法进行说明。如图3所示，本专利技术方法具体步骤如下，其特征在于步骤如下(I)对微波部件的表面进行去油和清洗处理；具体为先分别依次用丙酮、乙醇超声清洗5min去油，再用去离子水(即超纯水)超声清洗5min，最后在50°C下烘干。(2)对步骤(I)中预处理过的微波部件利用Fe (NO3) 3刻蚀液进行微刻蚀反应，在微波部件光滑的镀银表面形成微陷阱结构；过程如下(2. I)称取Fe (NO3) 3 · 9H20晶体500g，加入IL去离子水，搅拌使其溶解；(2. 2)给Fe (NO3) 3溶液加热，将温度升高并稳定在50°C ± 1°C ;(2. 3)在洗净的Ku阻抗变换器表面无需处理的部分涂胶保护；(2.4)浸入 Fe (NO3) 3 刻蚀液中，反应 40s ± 2s ；(2. 5)取出Ku阻抗变换器并清洗干净，清洗过程包括二级水洗，和超声清洗2次，每次2min。Fe (NO3) 3刻蚀液采用Fe (NO3) 3 · 9H20配制，其质量比为Fe (NO3) 3 · 9H20 去离子水 H2O = I 2。(3)清洗该微波部件，去除微波部件表面的反应残留物；具体为先进行二级水洗，再用去离子水超声清洗2次，每次2min(4)去除微波部件表面残留的Fe3+，具体为将微刻蚀后的Ku阻抗变换器在50%的盐酸中浸泡20s，以去除Fe3+，并先后经过二级水洗，和超声清洗2次，每次2min。(5)再次清洗该微波部件；(5. I)将Ku阻抗变换器放入丙酮中，并超声清洗5min ；(5. 2)将Ku阻抗变换器放入乙醇中，并超声清洗5min ；(5. 3)将Ku阻抗变换器从乙醇中取出，用大量去离子水冲洗；(5. 4)将Ku阻抗变换器放入去离子水中，超声清洗5min，然后烘干。(6)烘干该微波部件并包装保存。Ku阻抗变换器经以上步骤微刻蚀处理后，部件表面在扫描电子显微镜下可以看至IJ，在光滑的镀银层上形成了比较密集的沟槽结构，这些非规则形状的沟槽平均宽度大约I μ m,深度大约5 μ m。这是由于Fe (NO3) 3刻蚀液与Ag的反应最初是从多晶晶界开始，随着刻蚀的继续，在镀银层晶界处形成纳米微陷阱结构。利用激光共聚焦扫描显微镜(LSM)分析微刻蚀前后的Ku阻抗变换器表面的三维图像，可以看出，微刻蚀在Ku阻抗变换器镀银表面形成了随机非规则的空隙。由图I粗糙度曲线可以计算，随机非规则孔隙的深度在2 μ m附近分布，其等效深宽比和等效孔隙率分别为 O. 749 和 O. 556。利用SEY测试平台对微刻蚀前后的Ku阻抗变换器表面进行二次电子发射特性测试，结果如图2所示，在未清洗测试条件下，E1从52eV增加到250eV，SEYmax从I. 98减小到I. 21。微刻蚀前后的Ku阻抗变换器经微放电实验测试，其微放电阈值从2000W提高到7000W，如下表所示表I微刻蚀前后Ku阻抗变换器的微放电阈值对比权利要求1.，其特征在于步骤如下 (1)对微波部件的表面进行去油和清洗处理； (2)对步骤(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抑制微波部件微放电效应的微刻蚀工艺方法，其特征在于步骤如下：(1)对微波部件的表面进行去油和清洗处理；(2)对步骤(1)中预处理过的微波部件利用Fe(NO3)3刻蚀液进行微刻蚀反应，在微波部件表面形成微陷阱结构；(3)清洗该微波部件，去除微波部件表面的反应残留物；(4)去除微波部件表面残留的Fe3+；(5)再次清洗该微波部件；(6)烘干该微波部件并包装保存。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔万照，杨晶，胡天存，王瑞，贺永宁，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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