JPH0571381B2 - - Google Patents

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JPH0571381B2
JPH0571381B2 JP31525288A JP31525288A JPH0571381B2 JP H0571381 B2 JPH0571381 B2 JP H0571381B2 JP 31525288 A JP31525288 A JP 31525288A JP 31525288 A JP31525288 A JP 31525288A JP H0571381 B2 JPH0571381 B2 JP H0571381B2
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coating
protective
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Aanesuto Kario Furanku
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General Electric Co
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • B64G1/54—Protection against radiation
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Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は複合材料に関し、特に複合材料の保護
被膜に関する。
〈従来の技術〉 グラフアイト・エポキシ複合材料などのグラフ
アイト繊維を含む複合材料は、機械的強度がきわ
めて高く、軽量であり（物理的密度が低く）、か
つ耐熱性がよいので、宇宙船の構造部材などの部
品を形成するのによく用いられている。しかしこ
れらの複合材料はこの用途で３つの欠点をもつて
いる。第１の欠点は、色が暗く、通常灰色ないし
黒色であることである。その結果、これらの材料
は太陽放射線の強い吸収体となりやすく、そのた
めこの材料で製作された宇宙船を熱安定化するの
が困難になる。
第２の欠点は、複合材料が有機物を含有するこ
とに由来する。これら材料は軌道条件下、特に高
度が低い軌道条件下で、オゾン、酸化イオンおよ
び酸素原子、その他のガス状または高エネルギー
の粒子との衝突によつて物理的劣化（浸食）およ
び化学的劣劣化（炭化その他の組成変化）が生じ
やすい。酸素は、炭素そのものも含めてほとんど
の有機物と化学的親和性が高いので、最悪の問題
をひき起こす。またこれら複合材料は、真に耐火
性ではないので、レーザービームをあてると容易
に焼尽する。第３の欠点として、これらの材料は
幾分多孔性であるため、通常の温度および湿度条
件では、部品に成形して宇宙船に搭載した後、比
較的多量（1.5重量％以下）の水を吸収しがちで
ある。表面に吸収された水は、埋設グラフアイト
繊維にそつた毛細管作用で促進される拡散過程を
通して、エポキシ母材中に迅速に広がる。実際、
この水は、硫酸銅のような無機結晶質材料中の水
和水と同様な挙動を示す。その後、宇宙空間の真
空下で水分の大部分が水蒸気の形でしだいに脱着
される。この水のしみ出しは宇宙船の汚染の原因
となり、更に悪いことには、構成部品の弱体化、
収縮、そりの形で構造的損害を与え、その結果宇
宙船の設備の変形が生じる。同様に、低温によつ
て水がエポキシ母材の内部で凍結すると、構成材
料のひび割れあるいは破壊を起こすことがある。
このような障害は、たとえば所期の性能を発揮さ
せるために精密な位置決めを必要とする光学シス
テムに重大な欠点となる。
表面に、反射率の高い材料、例えば銀、アルミ
ニウム、マグネシウムまたは金の不透明な被膜を
施すことによつて熱安定性が得られることは周知
である。これによつて熱の問題は解消するかもし
れないが、低高度の他球周回軌道条件下でオゾ
ン、酸素イオンおよび酸素原子、その他のガス状
および高エネルギーの粒子との衝突によつて起こ
る化学的劣化および物理的損傷により、この被膜
に浸食と破壊が生じる恐れがある。反射性被膜の
上に金属酸化物の保護被膜を設けること、また反
射性被膜を設けるために表面を平滑化するための
金属酸化物の下地層を設けることが提案されてい
る。この薄い被膜は、例えばAl2O3（酸化アルミ
ニウム）、SiO2（二酸化ケイ素）、TiO2（二酸化チ
タン）またはMgO（酸化マグネシウム）のような
化学的に非常に安定で、光学的に透明な硬質の耐
火性金属酸化物で形成することができる。これら
の酸化物はブリネル硬度が高いので、機械的損傷
（ひきかき、ピツテイング）に対して非常に強い。
このような構成によつて、太陽放射線に対する
防護が得られると共に、低高度の地球周回軌道条
件下でオゾン、酸素イオンおよび酸素原子、その
他のガス状または高エネルギー粒子の衝突による
物理的劣化および化学的劣化に対する保護が得ら
れる。しかし、このような構成は、地球で吸収さ
れた大量の水分がその後に宇宙の真空下で水蒸気
の形でしだいに脱離されて、宇宙船の汚染および
構造的損傷や位置狂いを生じさせることに対して
は、何の保護も果たせない。
〈発明の開示〉 本発明の一つの実施態様によれば、グラフアイ
ト・エポキシ複合材料などの複合材料に関連する
水分の問題を、複合材料の上に防水層を設けるこ
とによつて解決する。
〈好適実施態様の説明〉 第１図に示す実施態様では、グラフアイト・エ
ポキシ複合材料１１を、厚さ50〜5000Å（オング
ストローム）の第１金属酸化物（MOX）の下地
層１３で被覆し、次いで厚さ500〜5000Åの光学
的に反射性の金属の中間層１５で被覆し、さらに
厚さ50〜1000Åの光学的に透明な金属酸化物
（MOX）の外層１７で被覆する。厚さ500〜5000
Åの中間層を構成する光学的に反射性の金属は反
射率の高い材料、例えば、銀、アルミニウム、マ
グネシウムまたは金である。
この反射性中間層の上のオーバーコートすなわ
ち外層は光学的に透明な金属酸化物１７であり、
例えば、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸
化チタン、二酸化マグネシウム、五酸化タンタ
ル、五酸化ニオブのような金属酸化物とすること
ができる。従来、金属酸化物の下地層１３は、温
度制御用の反射材料を堆積する前に複合材料の表
面を調整するのに使用されていた。グラフアイ
ト・エポキシ複合材料の表面は一般に粗い光沢の
ない表面であるので、その上に直接堆積された金
属層による反射は、例えば板ガラスまたは石英板
のような平滑な表面に同じ材料を堆積した場合の
ような鏡面反射ではなく、むしろ大きく拡散反射
する。この拡散散乱効果があると、所定波長での
反射率は通常の高い固有値から著しく低い値とな
る。太陽放射パワーは約0.48ミクロンにピークを
有するので、正味の結果として太陽光吸収指数α
が悪化し（すなわち増加し）、これと対応して重
要な比率α／ε（εは正常な熱放射率）に悪影響
をもたらす。しかし、金属酸化物の薄層を設ける
ことによつて鏡面反射率が大幅に向上し、αが著
しく減少し、これにより被膜の熱−光性能が向上
する。しかし、金属酸化物の層を設けるだけでは
防湿層が形成されるわけではない。
本発明によれば、この内側の下地層が防湿層で
もあることが望ましい。つまり複合材料の表面全
体にわたつてピンホールがなく、エピタキシヤル
でなく、非晶質で、かつ均一な被膜を設けるのが
望ましい。この層は不透過性の高い防水層として
も働く。従つてこの層は複合材料による水分の吸
収を防ぐか、少なくとも水分吸収を大幅に遅らせ
る。グラフアイト・エポキシ複合材料を脱水し
て、所望の最終形状に成形した後、ただちにこの
酸化物層をグラフアイト・エポキシ複合材料の表
面に設けなければならない。好ましい堆積方法
は、イオンめつきを併用するマグネトロン・スパ
ツタリング法である。この方法によれば、被覆さ
れる部品が大きくても、全表面にわたつて密着し
て均一に被覆する堆積層が得られる。基体のバイ
アスを可変とし、イオンめつきを併用することに
よつて、応力の低い、極めてコンパクトで密着性
のよい、粒界のない膜（層）が確実に堆積され
る。高品質の膜（層）を作るのに使用できる他の
堆積法、例えば、電子ビーム蒸着法も使用でき
る。いずれの場合でも、膜の堆積の際に回転転ま
たは周転可能な適切な基体ホルダを用いることに
より、所望の膜特性、特に厚さの均一性と被覆の
連続性を高めることができる。
本発明の他の好適な実施態様においては、グラ
フアイト・エポキシ複合材料の表面と直接接する
下地層を、ポリパラキシレンのような不透過性で
化学的に極めて不活性なポリマーの薄層で構成す
る。このようなポリマーの層を作るのに用いられ
る二量体材料は例えば商標名「パリレン」（pary
lene）としてユニオンカーバイド社（Union
Carbide）から販売されている。このポリパラキ
シレンは、第２図に示すグラフアイト・エポキシ
複合材料２２を被覆する層２３で表わした水分遮
断封止コーテイングとして真空蒸着することがで
きる。この「パリレン」の下地層は厚さ200〜
250000Åとすればよい。
このポリマーはまた、グラフアイト繊維をエポ
キシ母材の中に導入する前にグラフアイト繊維自
体を予め被覆するのに用いることもできる。適切
に制御された堆積条件（例えば蒸気圧、堆積、基
体温度）下では、ポリパラキシレンは、200Åの
ように薄い膜であつても、優れた防湿性を有し、
かつ極めて緻密で、連続した、ピンホールのな
い、粒界のない、非晶質または単結晶の膜を形成
する。ポリマー成長機構のため、ポリパラキシレ
ンは陰影（shadowing）効果を生じることなく、
基体の表面にできた微少な凹凸（くぼみ、突起
等）や粒界でも均一に被覆する。上述したように
ポリパラキシレンは、他の材料、例えば金属およ
び金属酸化物の被覆層との密着性も非常によい。
このポリマーは250℃も高温に耐え、この高温で
連続使用可能であり、そして強鉱酸および塩基等
の有機および無機化学薬品による化学的侵食に対
してほとんど完全な抵抗性がある。このポリマー
の堆積方法としては、結晶質二量体を熱昇華し、
その二量体を高反応性モノマージラジカルに熱開
裂し、そして−50℃〜＋50℃の温度範囲に維持し
た基体表面上に自然重合させるのが好ましい。し
かし、この基本的な方法を種々変更することもで
きる。
第２図に示すように、上述したような厚さが
200〜250000Åのポリパラキシレン下地層２３を、
厚さ500〜5000Åの光学的に反射性の金属の中間
層２５で被覆し、この中間層を、例えば厚さが50
〜1000Åの光学的に透明な金属酸化物の外層２７
で被覆する。
第３の実施態様の構造を第３図に示す。この実
施態様でも、グラフアイト・エポキシ複合材料３
０を「パリレン」の下地層３３で被覆する。反射
性金属層３５と下地層３３との間には金属酸化物
の表面調整層３４が設けられ、この表面調整層は
反射性金属層３５に対する表面を提供する。更
に、第３の実施態様によれば、光学的に透明な金
属酸化物の最外層３７が設けられる。
〈発明の効果〉 これらの層はすべて、比較的コストの低い材料
のみを使用し、また十分に確立されていてほとん
どの薄層研究所で容易に使用できる堆積技術を採
用しているので、経済的に作製できる。このよう
に作製された層の組合せは、ほとんどの点で公知
の被膜よりも優れている。特に、例えばデイツプ
（dip）被覆よりもはるかに高い防湿性を得ること
ができる。本発明による被覆層は、光学的反射器
や高感度電子部品のような、浸食や化学変化や湿
度感受性に対して同様な保護を必要とする他の表
面にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１の実施態様に従つて金
属酸化物の下地層、光学的に反射性の金属の中間
層および光学的に透明な金属酸化物の保護層で被
覆したグラフアイト・エポキシ複合材料の断面図
である。第２図は、本発明の第２の実施態様に従
つて「パリレン」ポリマー材料の下地層、光学的
に反射性の金属の中間層および光学的に透明な金
属酸化物の外層で被覆したグラフアイト・エポキ
シ複合材料の断面図である。第３図は、本発明の
第３の実施態様に従つて「パリレン」ポリマーの
下地層、金属酸化物の表面調整層、反射性金属層
および光学的に透明な金属酸化物の外層で被覆し
た複合材料の断面図である。 符号の説明、１１……複合材料、１３……金属
酸化物の下地層、１５……反射性金属の中間層、
１７……透明な金属酸化物の外層、２２……複合
材料、２３……ポリマーの下地層、２５……反射
性金属の中間層、２７……透明な金属酸化物の外
層、３０……複合材料、３３……ポリマーの下地
層、３４……金属酸化物の表面調整層、３５……
反射性金属層、３７……透明な金属酸化物の外
層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 複合材料、 上記複合材料を被覆する、連続した、ピンホー
    ルのない非晶質の防水性材料の第１層、 上記第１層を被覆する不透明で、反射率の大き
    い金属の第２層、および 上記第２層を被覆する透明な金属酸化物材料の
    第３層、 を含む保護被覆した複合材料。 ２ 上記第１層がイオンめつきした金属酸化物で
    ある請求項１記載の保護被覆した複合材料。 ３ 上記イオンめつきした金属酸化物が二酸化ケ
    イ素、酸化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化
    マグネシウム、五酸化タンタルまたは五酸化ニオ
    ブである請求項２記載の保護被覆した複合材料。 ４ 上記第１層がポリマーである請求項１記載の
    保護被覆した複合材料。 ５ 上記ポリマーがポリパラキシレンである請求
    項４記載の保護被覆した複合材料。 ６ 上記第２層が銀、アルミニウム、マグネシウ
    ムおよび金から選ばれた反射性の金属である請求
    項１記載の保護被覆した複合材料。 ７ 上記第３層が酸化アルミニウム、二酸化ケイ
    素、二酸化チタンおよび酸化マグネシウムから選
    ばれた金属酸化物である請求項１記載の保護被覆
    した複合材料。 ８ 複合材料、 上記複合材料を被覆する防水層、 上記防水層を被覆する第１の金属化物層、 上記金属酸化物層を被覆する反射性金属の第３
    層、および 上記第３層を被覆する第２の金属酸化物層、を
    含む保護被覆した複合材料。 ９ 上記複合材料がグラフアイト・エポキシ複合
    材料である請求項８記載の保護被覆した複合材
    料。 １０ 上記防水層がポリマー材料である請求項９
    記載の保護被覆した複合材料。 １１ 上記ポリマー材料がポリパラキシレンであ
    る請求項１０に記載の複合材料。 １２ 結晶質二量体を熱昇華し、その二量体を高
    反応性モノマージラジカルに熱開裂し、そして−
    50℃〜＋50℃の温度範囲に維持した基体表面上に
    自然重合させることにより上記ポリマーが堆積さ
    れている請求項１１に記載の保護被覆した複合材
    料。 １３ 複合材料を脱水し、 上記複合材料を防湿性下地層で被覆し、 この防湿性下地層を反射率の高い表面の金属層
    で被覆し、 上記の反射性の金属層を金属酸化物の保護層で
    被覆する各工程を含む、複合材料に保護被膜を形
    成する方法。 １４ 上記防湿性下地層がイオンめつきを併用し
    たマグネトロン・スパツタリング堆積により形成
    された金属酸化物層である請求項１３記載の方
    法。 １５ 上記マグネトロン・スパツタリングおよび
    イオンめつきによる堆積工程が基体ホルダを使用
    して複合材料を回転および周転させることを含む
    請求項１４記載の方法。 １６ 上記防湿性下地層がポリパラキシレン層で
    ある請求項１３記載の方法。 １７ ポリパラキシレン層を形成する工程が、結
    晶質二量体を熱昇華し、その二量体を高反応性の
    モノマージラジカルに熱開裂し、そして−50℃〜
    ＋50℃の温度範囲に維持した基体表面上に自然重
    合させることによりポリマーを堆積することを含
    む請求項１６記載の方法。 １８ 複合材料の被膜を請求項１７記載の方法に
    よつて形成した保護被覆した複合材料。 １９ 複合材料の被膜を請求項１３記載の方法に
    よつて形成した保護被覆した複合材料。
JP63315252A 1987-12-16 1988-12-15 保護被覆した複合材料 Granted JPH01238929A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US133,774 1987-12-16
US07/133,774 US4961994A (en) 1987-12-16 1987-12-16 Protective coated composite material

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