本發(fā)明屬于航天器電氣傳輸以及導(dǎo)電滑環(huán)，涉及用于航天器的空間導(dǎo)電滑環(huán)電刷絕緣性能的提升，具體是一種航天器空間導(dǎo)電滑環(huán)及其高絕緣性能電刷的制備方法，通過采用高分子絕緣材質(zhì)和pvd氣相沉積法，對電刷進(jìn)行雙層絕緣涂覆，有效提升電刷表面的絕緣防護(hù)，增強其在空間環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性，從而提升航天器關(guān)鍵部件的使用壽命。

背景技術(shù)：

1、導(dǎo)電滑環(huán)是一種通過兩個相對旋轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)信號或功率傳輸?shù)木茈妭鬏斞b置，廣泛應(yīng)用于航天器的各類設(shè)備中，如太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)(sada)、控制力矩陀螺(cmg)、激光通信指向機構(gòu)(cpa)和空間掃描機構(gòu)等。由于其工作原理基于摩擦傳遞，因此在電刷與導(dǎo)電環(huán)的摩擦過程中必然會產(chǎn)生磨屑。帶電的磨屑在真空、失重和電磁場共同作用下運動規(guī)律不定，會造成局部電場增強，也可能導(dǎo)致相鄰導(dǎo)體之間發(fā)生短路故障，嚴(yán)重時會造成斷路，導(dǎo)致航天器能源和控制系統(tǒng)失效。為提高傳輸效率，導(dǎo)電滑環(huán)通常采用多環(huán)路設(shè)計，相鄰環(huán)路的電刷平行排列，間距很小，故相鄰電刷極易受到帶電磨屑影響，導(dǎo)致短路，進(jìn)而影響航天器的使用和壽命。

2、此外，針對航天器的特殊需求，很多導(dǎo)電滑環(huán)需要傳遞不同頻段的信號，對傳輸穩(wěn)定性有較高要求。然而此類滑環(huán)的環(huán)間距通常較小、電刷距離較近，在空間傳輸中更容易受到帶電磨屑的影響，導(dǎo)致環(huán)間信號傳輸不穩(wěn)定。同時，多根電刷在傳輸信號過程中可能會相互干擾，引起信號不穩(wěn)。其次，sada裝置安裝于衛(wèi)星主體與外空間交接處，直接面對空間等離子體環(huán)境，極易成為充放電的侵害對象。電刷與導(dǎo)線焊接處、電刷尖端容易聚集電荷，電荷達(dá)到一定閾值后可能發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生的靜電放電干擾還會引起其他衛(wèi)星設(shè)備的異常。多次放電后有可能造成導(dǎo)電滑環(huán)擊穿，導(dǎo)致功率或信號傳輸異常。

3、現(xiàn)有針對導(dǎo)電滑環(huán)電刷表面的絕緣處理，通常采用套設(shè)絕緣熱縮管的方式，然而該方式存在問題較多，例如：對間距小的電刷具有較大限制，操作難度大且熱縮過程會影響材料的彈性模量和強度；熱縮管也無法同時覆蓋電刷主體、尖端和電刷-導(dǎo)線連接處；熱縮套管與電刷的無法完全粘接，帶電粒子會從間隙進(jìn)入導(dǎo)致放電，同時熱縮套管如果脫落在真空中會成為漂浮物并聚集大量電荷，增大放電擊穿概率；熱縮套管相對較厚，熱塑后彈性較差，影響電刷與導(dǎo)電環(huán)的接觸壓力；熱縮套管影響電刷角度成型及接觸壓力控制，例如盤式滑環(huán)電刷接觸點為弧面，成型后很難再進(jìn)行套管熱縮等。

4、綜上所述，提高空間導(dǎo)電滑環(huán)電刷的絕緣性能，對于保證航天器能源和控制系統(tǒng)的可靠運行、延長導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命、確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及降低靜電放電風(fēng)險等具有重要意義，然而現(xiàn)有電刷表面絕緣處理技術(shù)存在諸多局限性，因此，迫切需要開發(fā)出一種能夠有效提高電刷絕緣性能的新方法，既能確保電刷與導(dǎo)電環(huán)之間的可靠接觸，又能防止帶電磨屑沉積和電荷積聚引起的靜電放電，并可在真空環(huán)境下長期可靠使用，是亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)發(fā)明目的

2、針對現(xiàn)有導(dǎo)電滑環(huán)電刷絕緣性能不足等缺陷和不足，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述以及其他方面的至少一種技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種航天器空間導(dǎo)電滑環(huán)及其高絕緣性能電刷的制備方法，通過采用高分子絕緣材質(zhì)對滑環(huán)電刷表面進(jìn)行pvd氣相沉積雙層涂覆，形成厚度均勻、結(jié)合力好、韌性強、抗電強度大的內(nèi)外層絕緣膜，實現(xiàn)對電刷主體等的全面絕緣防護(hù)，避免帶電磨屑影響，提高電刷的絕緣性能，降低空間環(huán)境中的放電風(fēng)險，延長導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)該發(fā)明目的，解決其技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

5、本發(fā)明的第1個發(fā)明目的在于提供一種航天器空間導(dǎo)電滑環(huán)結(jié)構(gòu)，以提升電刷絕緣性能，確保在真空、強輻射、極端溫度變化等極端空間環(huán)境下電刷與導(dǎo)電環(huán)之間的穩(wěn)定電氣連接，適用于太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)、控制力矩陀螺、激光通信指向機構(gòu)、空間掃描機構(gòu)等設(shè)備中信號或功率的傳輸，至少包括導(dǎo)電環(huán)及電刷組件，其特征在于：

6、所述電刷組件中各電刷的主體部分及各電刷與導(dǎo)線的焊點的表面上形成有絕緣膜層，所述絕緣膜層呈雙層結(jié)構(gòu)，采用高分子絕緣材質(zhì)對二甲苯聚合物并通過pvd氣相沉積工藝形成在電刷主體部分及電刷與導(dǎo)線的焊點表面，包括內(nèi)層絕緣膜和外層絕緣膜；其中，

7、所述內(nèi)層絕緣膜形成為電刷主體部分及電刷與導(dǎo)線的焊點表面的絕緣基底，其所使用的高分子絕緣材質(zhì)中摻雜有高熱導(dǎo)率及柔性的共聚單體和/或添加有高導(dǎo)熱及高延伸性填料，以提高內(nèi)層絕緣膜的導(dǎo)熱性和拉伸性，且在其pvd氣相沉積過程中，通過降低沉積速度以確保膜層的致密性和均勻性，并通過控制沉積過程中的基材溫度，以減少材料在沉積過程中的熱應(yīng)力和尺寸變化，保證膜層的機械穩(wěn)定性；

8、所述外層絕緣膜覆蓋在內(nèi)層絕緣膜的外表面，其所使用的高分子絕緣材質(zhì)中摻雜有高介電常數(shù)和耐環(huán)境腐蝕性的極性共聚單體和/或添加有高介電常數(shù)和耐候性填料，以提高外層絕緣膜的介電性能和耐環(huán)境適應(yīng)性，且在其pvd氣相沉積過程中，通過適度提高沉積速率和真空度，以確保膜層的均勻性和結(jié)合力，并通過控制沉積過程中的基材溫度和離子注入，在膜層中引入適度缺陷態(tài)以優(yōu)化電荷載流子俘獲和傳輸特性。

9、本發(fā)明的第2個發(fā)明目的在于提供一種航天器空間導(dǎo)電滑環(huán)中高絕緣性能電刷的制備方法，其特征在于，所述方法在實施時主要包括以下步驟：

10、ss1.電刷表面準(zhǔn)備處理：

11、對將航天器導(dǎo)電滑環(huán)中電刷組件的電刷主體部分及電刷與導(dǎo)線的焊點的金屬活性表面進(jìn)行化學(xué)清潔和/或離子束拋光工藝預(yù)處理，以去除表面的污染物及微小顆粒和/或表層氧化物，確保電刷主體部分及電刷與導(dǎo)線的焊點表面的潔凈和活性；

12、ss2.內(nèi)層絕緣膜的制備：

13、采用pvd氣相沉積法，通過控制反應(yīng)氣體比例、總壓強度、離子能量和/或基材溫度參數(shù)，并通過降低沉積速度，在電刷主體部分及電刷與導(dǎo)線的焊點的金屬活性表面選擇性地沉積一層高分子絕緣材質(zhì)的內(nèi)層絕緣膜作為絕緣基底，且其高分子絕緣材質(zhì)中摻雜有高熱導(dǎo)率及柔性的共聚單體和/或添加有高導(dǎo)熱及高延伸性填料；

14、ss3.外層絕緣膜的制備：

15、采用pvd氣相沉積法，通過適度提高沉積速率和真空度，并通過控制沉積過程中的基材溫度，在內(nèi)層絕緣膜的外表面沉積一層高分子絕緣材質(zhì)的外層絕緣膜，該膜層的高分子絕緣材質(zhì)中摻雜高介電常數(shù)和耐環(huán)境腐蝕性的極性共聚單體和/或添加高介電常數(shù)和耐候性填料，且在沉積過程中通過控制注入離子的能量和劑量在膜層中引入微量缺陷態(tài)以優(yōu)化電荷俘獲和傳輸特性；

16、ss4.不需要絕緣防護(hù)位置的處理：

17、在沉積過程中使用遮蔽掩膜覆蓋電刷組件中不需要絕緣保護(hù)的區(qū)域，或者在完成絕緣膜層的沉積后，通過采用高精度激光束切割或聚焦離子束刻蝕工藝，將形成在不需要絕緣防護(hù)位置的膜層選擇性去除；

18、ss5.膜層表面的熱處理及修飾改性：

19、在膜層沉積完成后，對整個電刷組件進(jìn)行熱處理以消除沉積過程中的殘余應(yīng)力，并通過低能離子注入技術(shù)對外層絕緣膜表面進(jìn)行修飾改性，提高膜層與電刷主體部分及電刷與導(dǎo)線的焊點的界面結(jié)合力，增強膜層的機械性能和穩(wěn)定性。

20、通過以上步驟，本發(fā)明提供了一種提高航天器中空間導(dǎo)電滑環(huán)電刷絕緣性能的方法，確保在真空、強輻射、極端溫度變化等極端空間環(huán)境下，電刷與導(dǎo)電環(huán)之間的穩(wěn)定電氣連接，適用于太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)、控制力矩陀螺、激光通信指向機構(gòu)、空間掃描機構(gòu)等設(shè)備中的信號或功率傳輸。

21、(三)技術(shù)效果

22、同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的航天器空間導(dǎo)電滑環(huán)及其高絕緣性能電刷的制備方法，具有以下有益且顯著的技術(shù)效果：

23、(1)本發(fā)明提出了一種航天器空間導(dǎo)電滑環(huán)及其高絕緣性能電刷的制備方法，內(nèi)層絕緣膜采用摻雜熱導(dǎo)率和柔性改性劑的聚合物材料，賦予膜層良好的絕緣性能和一定拉伸性，確保電刷裝配后接觸力和傳輸效率；外層絕緣膜引入高介電常數(shù)和耐腐蝕性基團(tuán)，提高絕緣強度和環(huán)境適應(yīng)性。本發(fā)明通過對內(nèi)外層絕緣膜的材質(zhì)選配，使得電刷滿足抗電強度的同時具備一定拉伸性，使得電刷裝配后形變量產(chǎn)生的接觸力不受影響。

24、(2)本發(fā)明采用pvd氣相沉積技術(shù)制備內(nèi)外層絕緣膜，所采用的對二甲苯聚合物具有優(yōu)異的電絕緣性和防護(hù)性，可有效抵抗滑環(huán)產(chǎn)生的帶電磨屑引發(fā)的故障；對二甲苯聚合物為高分子材質(zhì)，活性小分子在微小型面基材上沉積形成厚度均勻、致密性好的膜層，可有效降低真空中電刷尖端放電風(fēng)險。對二甲苯聚合物的活性分子具有良好穿透性，無孔不入，可對導(dǎo)線與電刷焊接點形成的不規(guī)則型面進(jìn)行均勻涂覆，降低該部位真空中電荷聚集從而放電的風(fēng)險。對二甲苯聚合物具備良好防潮、防水、防腐蝕性大氣、防鹽霧和霉菌等效果，可有效提高導(dǎo)電滑環(huán)的地面貯存期。聚對二甲苯涂覆可作為電刷組件制備的最后工序，在電刷成型后進(jìn)行。膜層不會因電刷成型遭到外力損傷對二甲苯聚合物采用pvd方式進(jìn)行涂覆，且該材質(zhì)不具備流動性，膜層均勻，不會在電刷彎折曲面和焊點產(chǎn)生橋接和堆聚，保證電刷應(yīng)力均勻。

25、(3)本發(fā)明對于不需要涂覆的位置，邊界要求不高的位置可采用掩膜和機械切割的方式；而邊界要求高的位置(例如接觸點)，可使用激光去除，激光去除可有效控制去除位置，得到尺寸精度高、邊界清晰的導(dǎo)通位置。對于不同厚度的膜層，可通過控制激光能量范圍將需去除的膜層氣化，可實現(xiàn)既去除膜層又不傷害電刷金屬本體的效果，不會產(chǎn)生多余物。

26、(4)本發(fā)明所制備的多層絕緣膜層具有優(yōu)異的抗電絕緣性、耐高低溫性、耐腐蝕性和耐候性等綜合性能，可有效抵御空間環(huán)境輻照、原子氧腐蝕等嚴(yán)酷條件，提高滑環(huán)的工作可靠性；良好的防護(hù)和阻隔作用也顯著提高了滑環(huán)產(chǎn)品的地面貯存期。