具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法
【技术领域】
[0001]具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法属于光学窗技术领域。
【背景技术】
[0002]曲面光学窗是基于空气动力学原理，采用球面或非球面技术优化设计得到的一类特殊形状的光学窗。它打破了传统光学窗以平面为主的现状，在航空航天领域，对于减小飞行器空气阻力、提高飞行速度具有重要意义。传统的曲面光学窗为单纯的电磁波透过窗口，然而，用电设备的不断增长，不仅会使电磁波的强度大幅增加，而且会使电磁波的波段不断拓宽，造成空间电磁环境日趋恶化，由于传统光学窗对电磁波具有通透性，因此电磁环境的恶化会对电磁敏感的设备产生不利影响。为了降低电磁干扰，需要在光学窗上增加电磁屏蔽功能。
[0003]名称为“电磁波屏蔽薄膜及其制造方法(申请号:200610084149.8)”，以及“具有圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗(申请号:200610010066.4) ”等发明专利和学术论文，均公开了一类表面分布有线条宽度在微米或亚微米量级的周期金属网状图案的光学窗，这类光学窗具有明显的电磁屏蔽效果。然而，传统的方形或圆环形金属网栅作为屏蔽的核心器件，仅适用于平面光学窗，均难以在球面、共形曲面等曲面光学窗上实现均匀分布。
[0004]专利02133140.9 “一种凹球面光刻刻划机”描述了一种在凹球面上制造超微细元件的光刻机，可以用于加工“经玮相交型”金属网栅，该“经玮相交型”金属网栅结构设计和制作工艺利用了球形窗内表面的同心特性，然而这种金属网栅制作方法仅适用于球面光学窗，并不适用于不具有同心性的曲面光学窗。专利201010239355.8 “一种具有经玮形网栅结构的电磁屏蔽共形光学窗”描述了一种适用于共形光学窗的经玮形金属网栅电磁屏蔽结构，实现了金属网栅结构具有的间距周期玮线和相邻玮线间的周期经线设计，保证金属分布的周期性和均匀性。但是这种经玮形金属网栅制作十分困难，依赖特殊加工装备；且周期性或亚周期性图案，会使光学窗产生很强的光学衍射效应，从而降低了光学窗的光学性能。
[0005]申请号为201310122824.1的发明专利“一种基于龟裂模板法制备多孔金属薄膜透明导电电极的方法”，公开了一种电极制备方法，该方法利用二氧化钛溶液龟裂成的非周期龟裂模板，制作出非周期金属网状图案。如将其用于制作电磁屏蔽光学窗，具有解决高级次衍射能量分布不均匀问题的潜在能力。
[0006]然而，将该专利用于制作电磁屏蔽光学窗，会存在以下缺点和不足:
[0007]第一、该方法采用二氧化钛溶液作为龟裂液，由于二氧化钛溶胶在空气中水解后转变成多晶薄膜，而多晶薄膜在干燥的过程中体积严重收缩，造成裂缝严重翘曲，因此会增加裂缝宽度，进而增加金属线宽，影响光学窗的透光性能。
[0008]第二、该方法采用二氧化钛溶液作为龟裂液，在去除龟裂模板的时候，由于二氧化钛物理化学性能稳定，因此由其制作的龟裂模板只能采用机械摩擦的方式去除，不仅去除工艺复杂，而且机械摩擦还会磨损衬底和金属电极，分别影响光学窗的透光性能和电磁屏蔽性能。
[0009]第三、按照该发明的方法制作电磁屏蔽光学窗，虽然突破了周期限制，但是否能够解决高级次衍射能量分布不均匀的问题，或在什么具体条件下才能解决问题，没有进行讨论。
【发明内容】
[0010]针对上述缺点和不足，本发明公开了具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，该方法不仅回避使用二氧化钛溶液，避免因金属线宽增加而降低光学窗透光性能的问题，而且无需采用机械摩擦的方式去除模板，避免传统机械摩擦方式同时降低光学窗的透光性能和电磁屏蔽性能，还给出能够解决高级次衍射能量分布不均匀问题的具体加工条件，使本发明方法制作出的电磁屏蔽曲面光学窗，不仅具有良好的电磁屏蔽性能，而且在解决高级次衍射能量分布不均匀问题时，达到了不发生明显衍射的效果，具有良好的透光性能。
[0011]本发明的目的是这样实现的:
[0012]具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，包括以下步骤:
[0013]步骤a，在清洗干净的曲面衬底外表面边缘粘贴一圈宽度为5?20_的胶带；
[0014]步骤b，采用喷涂法或浸渍提拉法在胶带没有覆盖到的曲面衬底上涂覆含有水性丙烯酸树脂的裂纹漆；
[0015]步骤C，在密闭腔室中，控制腔室温度为20?25°C，湿度为50?80% RH，将裂纹漆自然干燥，形成裂纹模板；
[0016]步骤d，揭除胶带；
[0017]步骤e，采用磁控溅射方式或电子束蒸镀方式，在裂纹模板表面沉积导电金属层；
[0018]步骤f，采用氯仿溶液或PGMEA溶液溶解去除裂纹模板，得到电磁屏蔽曲面光学窗。
[0019]上述具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，步骤b所述的裂纹漆用稀释剂稀释，稀释比例k定义为稀释剂与裂纹漆的体积比，并且2 < k < 5。
[0020]步骤b所述的喷涂法采用如下条件:压缩气压0.3Mpa，喷头扫描速度100mm/s，喷头步进速度3_/步；在上述喷涂条件下，所获得的裂纹漆厚度h与出胶量z之间的关系为:
[0021]h = (1.981-0.861nk) (0.002ζ4_0.028ζ3+0.130ζ2_0.169ζ+2.992)
[0022]式中，h为裂纹漆厚度，单位μπι ;z为出胶量，取值范围为2?8ml/min ;k为稀释比例。
[0023]步骤b所述的浸渍提拉法采用如下条件:提拉速度为500 μ m/s，在上述涂覆条件下，所获得的裂纹漆厚度h与稀释比例k之间的关系为:
[0024]h = 0.125k2-l.345k+5.895
[0025]式中，h为裂纹漆厚度，单位ym;k为稀释比例。
[0026]步骤c所述的裂纹模板的平均裂纹宽度w与裂纹漆厚度h之间的关系为:
[0027]w = 0.342ea 266h
[0028]式中，w为裂纹模板的平均裂纹宽度，单位μπι ;h为裂纹漆厚度，单位μπι。
[0029]步骤c所述的裂纹模板的平均裂纹间隔d与裂纹漆厚度h之间的关系为:
[0030]d = 15.8eai69h
[0031]式中，d为裂纹模板的平均裂纹间隔，单位ym;h为裂纹漆厚度，单位μπι。
[0032]上述具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，步骤f还包括采用丙酮酒精清洗衬底的步骤。
[0033]上述具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法，所述的曲面衬底的面型为球面、球冠面、圆柱面或共形曲面。
[0034]有益效果:
[0035]第一、由于使用含有水性丙烯酸树脂的裂纹漆作为掩模液，而这种掩模液在龟裂过程中，不会发生体积严重收缩及裂缝严重翘曲，因此不会造成裂缝宽度增加，解决了因金属线宽增加而降低光学窗透光性能的问题。
[0036]第二、由于使用含有水性丙烯酸树脂的裂纹漆作为掩模液，而这种掩模液在氯仿溶液或PGMEA溶液中能够溶解，即采用溶解的方式即可去除裂纹模板，因此解决了因使用传统机械摩擦而造成的光学窗的透光性能和电磁屏蔽性能降低的问题。
[0037]第三、由于给出了密闭腔室的温度为20?25°C，湿度为50?80% RH的条件，在此条件下制作出的光学窗，在解决高级次衍射能量分布不均匀问题时，甚至达到了不发生明显衍射的效果，提高了光学窗的透光性能。
[0038]第四、由于步骤a的粘贴胶带、以及步骤c的将裂纹漆自然干燥形成裂纹模板，两次简单的工艺处理，实现了同时制作屏蔽层与导电环，使制作得到的电磁屏蔽曲面光窗的边缘具有金属导电环，能够为光学窗与屏蔽壳体的连接提供优良接触点，扩大光学窗的普适性。
[0039]综上所述，使用本发明具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗制作方法制作出的光学窗，不仅具有良好的电磁屏蔽性能，而且具有良好的透光性能，同时应用范围更广。
【附图说明】
[0040]图1是本发明具有金属网栅结构的电磁屏蔽曲面光学窗