JPH066440B2 - 宇宙線に使用する誘電体材料及びその製造方法 - Google Patents

宇宙線に使用する誘電体材料及びその製造方法

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JPH066440B2 JP28129485A JP28129485A JPH066440B2 JP H066440 B2 JPH066440 B2 JP H066440B2 JP 28129485 A JP28129485 A JP 28129485A JP 28129485 A JP28129485 A JP 28129485A JP H066440 B2 JPH066440 B2 JP H066440B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は宇宙船に使用する誘電体材料に関する。
宇宙船（殊に地球静止軌道中の人工衛星）上の誘電体材
料の露出表面は地磁気サブストームの間に約３０keVま
でのエネルギーの高流量の電子による衝撃に起因して電
気的に荷電される。材料の表面はそのすぐ下に電子が捕
捉される結果電圧を得、続いて起る下層または隣接伝導
性材料に対する絶縁破壊が人工衛星の制御および通信シ
ステムに電磁的障害を起させることがあり、また誘電体
を物理的に損傷することがある。
人工衛星構造物に広く使用されるポリイミド材料のカプ
トン（Kapton）のケースに対し上記問題を克服する２つ
の方法が文献に記載されている。
第１〔例えばレバドウほか（F.Levadou,S.J.Boama and
A.Paillous）、スペースクラフト・チヤージング（Spac
ecraft Charging）１９８０、ナサ・フンフェレンス・
パブリケーション（NASA Conference Publication）２
１８２、ＡＦＣＬ−ＴＲ−８１−０２７０、ｐ．２３７
以下参照〕は真空蒸着により適用されるインジウム−ス
ズ酸化物（ＩＴＯ）の薄い（〜０．０１μｍ）コーティ
ングを用いる方法である。この方法で処理したカプトン
の表面電圧は、−１８０℃で３０keVまでのエネルギー
の電子を照射したときにほとんどゼロである。しかし、
その材料は次の不利益を有する： (a) 取扱い中、またおそらく人工衛星の発射中の振動
の結果、コーティング中にひび割れを生ずることがあ
り、その結果、電気的性質を損なう、 (b) 材料を予め平らなシートに製造しなければならな
い、 (c) 材料の製造が高価である。
主要な第２の型の材料〔フェラス（C.N.Fellas）、スペ
ースクラフト・チャージング・テクノロジー（Spacecra
ft Charging Technology）１９８０、ナサ・コンフェレ
ンス・パブリケーション2182、ＡＦＧＬ−ＴＲ−８１−
０２７０参照〕は入射電子の平均範囲に近い誘電体の内
深部に伝導性層の形態で電荷コレクターを配置すること
である。材料は、平らなカプトンの薄層（〜７μｍ厚
さ）、その下の伝導性材料の薄層、接着剤層、最後によ
り厚い支持体層（〜５０μｍ厚さの平らなカプトン）を
含む積層物の形態をとる。３つの型の材料が異なる伝導
層および接着剤を用いて開発された。−１８０℃で３０
keVまでのエネルギーの電子で照射するとこれらの材料
は2.3kVの表面電圧に達するが、しかしそれらは何ら有
意な放電活性を示さなかった。この型の材料はまだ人工
衛星に使用されず、またそれらは次の不利益を有する： (a) 若干の条件のもとで表面電圧が零より上に上が
り、2.3kVに達することがある。
(b) 高い放射線線量における接着剤の劣化により積層
物の長時間の安定性が制限されることがある。
本発明によれば、高分子材料の溶液中に細かく分散した
金属酸化物を含み、重合体の溶媒が蒸発したときに生ず
る層が入射電子の予想最大範囲に近い厚さを有するよう
な厚さの層を誘電体支持体に塗布する操作を含む宇宙船
に使用する誘電体材料を製造する方法が提供される。
また本発明によれば、重合体中の金属酸化物の分散体か
らなり、層の厚さが、誘電体材料が使用中にさらされる
電子の予想最大範囲に近い半絶縁層を表面上に付着した
誘電体材料を含む宇宙船に使用する誘電体材料が提供さ
れる。
本発明は次に実施例として図面を参照して説明される。
宇宙船にしばしば使用される誘電体材料はカプトンＨ
〔デュ・ポン・ダ・ネムール社（Dupont de Nemors In
c.,USA）によって製造される〕の名称により知られるも
のであり、同定された重合体はチバ・ガイギー社（Ciba
-Geigy Corp.,USA）により製造されるタイプＸＵ−２１
８として知られる可溶性ポリイミドであり、多くの適当
な溶媒の１つはキシレンとアセトフェノンとの混合物で
ある。使用できる金属酸化物は材料が使用される温度お
よび放射電磁界中で約１Ω・ｍ未満の体積抵抗率を有
し、それには酸化インジウム、インジウム−スズ酸化
物、酸化タリウム並びに一定条件下で酸化亜鉛および五
酸化バナジウムが含まれる。
コーティング層中の金属酸化物の性質および割合並びに
その厚さは、材料の表面抵抗率が、使用中に誘電体材料
により得られる電圧が約２００ボルトを超えないことを
保証するような値を有するように選ばれる。塗料の薄層
に対する熱−光学特性（太陽光吸収率αｓおよび放射率
ε）は原材料のそれに近い（カプトンではαｓ／ε＝0.
57）。例えば、２〜４μｍの厚さの、重量で約３：１の
金属酸化物／重合体比を有する可溶性ポリイミドの層中
の酸化インジウムまたは酸化亜鉛は約0.65のαｓ／εの
値を与えることが見出された。１２：１までの種々の酸
化インジウム／ポリイミド比で５μｍまでのフィルム厚
さを有するコーティングを製造し、0.65〜0.80の範囲の
比αｓ／εの値を有することが認められた。しかし、改
良された静電性能を有する材料が望まれ、ほゞ不変のα
ｓ／εの値が必要であれば、酸化タリウム／可溶性ポリ
イミドの２μｍの厚さの層を含むコーティングが1.8×
１０7オーム／スケアの表面抵抗率および0.97のαｓ／
εの値を有したので酸化タリウムを用いることができ
る。
塗布したカプトン材料の表面抵抗率は電子照射下の誘電
体の表面により得られる電圧を決定するパラメーターで
ある。第１図に示されるデータは本発明で説明した型の
材料に対するこのパラメータの値の変動する範囲の例示
である。約１０7Ω／スケア未満の値は５００Ｖ未満の
表面電圧を生じ、その水準は表面抵抗率が低下すると次
第に低下する。第２図には４：１の酸化インジウム／ポ
リイミド比、および１×１０5オーム／スケアの表面抵
抗率を有するコーティングによって３０keVまでのエネ
ルギーを有する単一エネルギー電子を照射したときに到
達する表面電圧の例が示される。
本発明で説明した被覆材料は、５１μｍ厚さのカプトン
上に６：１の酸化インジウム／ポリイミドの装荷を有す
る試料がフィルムの曲率半径を１mmに低下するまで表面
抵抗率に変化を示さなかった事実によって示されるよう
に良好なたわみ性を示す。
コーティングはカプトンに対し１００％付着を示し、こ
れは窒素雰囲気中、＋１５０℃と−１５０℃との間の１
１００サイクルの間で悪化しなかった。これらの試験は
酸化インジウムおよびポリイミドを６：１および１２：
１の比で含む材料で行なった。同じ試料は熱サイクル中
に表面抵抗率に重大な変化を示さなかった。
本発明による材料の製造には単に誘電体材料の支持体１
を、経験的に決定できる適当な厚さのコーティング材料
の層２で塗布し、溶媒を蒸発させて第３図に示されるよ
うに、ポリイミド４中に分散した金属酸化物３からなる
全く溶媒を含まない表面層を残すことが必要である。こ
の方法は簡単であって、支持体が複雑な形状であるこ
と、あるいは現場で製造することすら可能である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による表面層を有する誘電体材料の本体
の表面抵抗率を表面層の厚さおよび誘電体材料上の表面
層を形成する重合体中の金属酸化物の重量比（装荷比）
の関数として示すグラフであり、 第２図は３０keVまでのエネルギーを有する電子により
照射されたときの、酸化インジウムを含む２つの表面層
の表面電位の変動を示すグラフであり、 第３図は本発明による表面層を有する誘電体材料の本体
の製造を例示する略図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】誘電体支持体に表面層を塗布する操作を含
    む、宇宙船に使用する誘電体材料を製造する方法であっ
    て、前記表面層が、重合体の溶液中に細かく分散された
    金属酸化物を含み、かつ前記重合体の溶媒が蒸発した時
    に生じる表面層が、入射電子の予想最大範囲に近い厚さ
    を有する方法。
  2. 【請求項２】表面に半絶縁層を付着した誘電体支持体を
    含む、宇宙船に使用する誘電体材料であって、前記半絶
    縁層が、重合体中の金属酸化物の分散体からなり、その
    表面層の厚さが、前記誘電体材料が使用中にさらされる
    電子の予想最大範囲に近い誘電体材料。
  3. 【請求項３】前記金属酸化物が、酸化インジウム、イン
    ジウム−スズ酸化物、酸化タリウム、酸化亜鉛および五
    酸化バナジウムからなる群から選択される、特許請求の
    範囲第２項に記載の誘電体材料。
  4. 【請求項４】前記重合体が、ポリイミドである、特許請
    求の範囲第２項又は第３項に記載の誘電体材料。
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