Fraunhofer-Gesellschaft

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Für den weitesten Weg. Schichten im All

Mittels Galvanik und Sputtern hergestellte Schichten erfüllen extreme Anforderungen
For the longest way. Thin films in space
 
: Bräuer, G.; Brand, J.; Britze, C.; Dietz, A.; Kondruweit, S.; Thomas, M.; Vergöhl, M.

:

Vakuum in Forschung und Praxis 31 (2019), Nr.6, S.26-31
ISSN: 0947-076X
ISSN: 1522-2454
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IST ()

Abstract
Schichten für Weltraumanwendungen haben unter Extrembedingungen zu funktionieren, eine Nachbesserung oder ein Austausch ist in der Regel nicht möglich. Zu den besonderen Herausforderungen gehören hohe Temperaturen, Beschuss mit energiereichen Teilchen (ionisierende Strahlung) und unter Umständen eine starke mechanische Belastung. Die Bandbreite der zur Verfügung stehenden Beschichtungsverfahren reicht heute von der Atomlagenabscheidung über die Niederdruckplasmen bis hin zur Elektrochemie. Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts begehrte Konstruktionsmaterialien für die Raumfahrt. Am Beispiel der Verkupferung von Hohlleitern für die Radarantennen der Sentinel‐Satellitenserie wird gezeigt, dass auch komplexe dreidimensionale Strukturen durch angepasste galvanische Beschichtungsverfahren mit Funktionalitäten ausgestattet werden können. Optimale Lösungen lassen sich auch manchmal nur durch den Einsatz von Prozesskombinationen erreichen. Die Oberflächenfunktionalisierung der Kühllamellen für die BepiColombo‐Sonde erfolgt in einem Hybridprozess aus Sputtern und Galvanik.
Systeme im All müssen oft mit höchster Präzision beobachten und benötigen daher „Adleraugen“. Die Weiterentwicklung der Sputtertechnik in den vergangenen 10 Jahren hat es möglich gemacht, optische Interferenzsysteme aus hunderten von Einzelschichten defektfrei und mit Schichtdickenabweichungen unter ± 0,15 % herzustellen. Beispielhaft werden Strahlteiler und Bandpassfilter für Weltraummissionen vorgestellt.

 

Thin films for space application have to operate under extreme conditions, reworks or replacement of components in general is not possible. The main challenges are extreme temperatures, bombardment by energetic particles (ionizing radiation) and sometimes mechanical stress. The „toolbox“ of deposition processes ranges from Atomic Layer Deposition to low pressure plasma processes to electroplating.
Due to its low specific weight carbon fibre reinforced plastic (CFRP) is an often used construction material for space applications. The uniform deposition of copper on CFRP waveguides for the RADAR antennas of the Sentinel satellites has been an impressive demonstration for the generation of functional surfaces on complex shaped 3D substrates by electrochemical processes. Sometimes optimal solutions require hybrid processes. A heat reflector on components for the BepiColombo mission investigating the Hermean environment has been realized by a combination of sputtering and electroplating.
Systems in space often have to observe with high precision and therefore need „eagle eyes“. The continuous development of magnetron sputter technology during the past 10 years has enabled the deposition of optical interference systems with hundreds of individual layers and thickness precision in the ± 0,15 % range. As examples a beam splitter and a band pass filter for space missions are presented.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-569546.html