本發明屬于空間環境效應及防護技術領域，具體來說涉及一種光學玻璃微米級空間碎片防護膜。
背景技術：
空間光學系統被稱為航天器的眼睛，是宇宙飛船和各種衛星必不可少的零部件，主要起著偵查、探測和收集宇宙空間信息的作用，所以是航天器上重要的有效載荷。光學玻璃是空間光學系統重要的組成部分，主要用于航天器舷窗玻璃、反射或透射鏡片，太陽能電池陣的防護蓋片等。空間碎片大約以10km/s的速度在低地球軌道運行，構成了一個極其龐大的空間環境，其存在對在軌航天器、衛星等會造成很大的影響。美國航天局公布空間碎片數量巨大，不僅威脅在軌航天器自身安全，且大尺寸的碎片在飛行過程中也會相互撞擊產生數量更多、尺寸更小的微小碎片，進而導致空間環境更加惡劣。目前對于1cm以下的碎片，尤其是微米級碎片只能采取被動的防護措施，因此，該尺寸范圍碎片防護技術和方法是業內的研究熱點。提供一種光學玻璃微米級空間碎片防護膜具有重大的現實意義。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種光學玻璃微米級空間碎片防護膜，可以用于航天器用光學玻璃表面微米級空間碎片的防護，為提高空間光學器件的微小碎片防御能力提供了有效手段。
為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案:
光學玻璃微米級空間碎片防護膜，通過真空鍍膜方法制備于待防護的光學玻璃表面上，包括依次設置在光學玻璃表面上的彈簧結構、底層薄膜和納米多層連續薄膜，彈簧結構緊密結合在基底光學玻璃上，且成分為sio2或si3n4；彈簧結構采用掠射角沉積技術獲得，用于緩沖微小碎片的撞擊能量；底層薄膜為整體的連續膜層，其成分為si或ti，si或ti膜層在氬氣氛圍下通過磁控濺射技術制備；納米多層膜，為整體連續膜層，其成分為dlc/al，由dlc膜和al膜多層交替制備而成，其中dlc為硬質膜，al為增韌相，納米多層膜旨在獲得硬度和韌性具佳的薄膜，減小碎片撞擊導致薄膜裂紋的發生。
其中，彈簧結構厚度0.5μm～1μm；優選0.8μm～1μm；
其中，dlc膜為類金剛石薄膜，具有sp2和sp3電子軌道雜化的碳原子空間網絡結構；
進一步地，dlc膜通過c2h2氛圍下射頻放電方式獲取，氣壓5×10-2pa～5×10-1pa，射頻功率800w～1000w，膜層厚度20nm～50nm。
其中，al膜在氬氣氛圍下通過磁控濺射技術制備，氣壓4×10-1pa～1pa，薄膜厚度20nm～50nm。
進一步地，dlc/al多層膜至少包括5個調制單元，即5層dlc膜，5層al膜；優選8-10個調制單元，即8-10層dlc膜，8-10層al膜；
其中，彈簧結構通過sio2或si3n4在氧氣或氮氣氛圍下利用磁控濺射技術制備，其中磁控濺射粒子束入射角82°～88°，氣壓4×10-1pa～1pa。
進一步地，彈簧結構可見光波段的透過率大于90％。
底層薄膜用于提高彈簧結構與其上部納米多層膜的結合力，磁控濺射技術制備中的氣壓4×10-1pa～1pa，薄膜厚度0.2μm～0.3μm。
本發明所采用的光學玻璃表面鍍制微米級空間碎片防護膜樣品，經速度6.52km/s的碎片(直徑0.5mm，厚度3μm)撞擊后，表面無明顯機械損傷，表面沉積物高度不大于6.650μm，400nm－800nm波段平均透過率不小于79.62％；而光學玻璃樣品在相同試驗參數下表面出現大量徑向及環狀裂紋，表面沉積物高度為16.547μm，400nm－800nm波段平均透過率為60.50％，說明防護膜具有較好的抗撞擊性能。該防護膜的使用為航天器光學玻璃微米級空間碎片防護提供了有力手段。
附圖說明
圖1為本發明的光學玻璃微米級空間碎片防護膜結構示意圖。
其中，1、納米多層連續薄膜；2、底層薄膜；3、彈簧結構；
4、光學玻璃基底。
具體實施方式
以下介紹的是作為本發明所述內容的具體實施方式，下面通過具體實施方式對本發明的所述內容作進一步的闡明。當然，描述下列具體實施方式只為示例本發明的不同方面的內容，而不應理解為限制本發明范圍。
本發明的光學玻璃微米級空間碎片防護膜，包括依次設置在光學玻璃基底4表面上的彈簧結構3、底層薄膜2和納米多層連續薄膜1。
實施方式1彈簧結構為sio2，底層為si層
在光學玻璃上先制備成分為sio2的彈簧結構，光學玻璃先進行清潔處理，乙醇溶液超聲清洗5min，并進行烘干。彈簧結構采用掠射角沉積技術來制備，在氧氣氛圍下通過si靶材磁控濺射方式在光學玻璃表面制備sio2彈簧結構，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角為82°，氣壓8×10-1pa，磁控濺射功率500w，光學玻璃旋轉速率1.5rpm，時間60min，最終獲得厚度0.62μm的彈簧結構，彈簧結構緊密結合在光學玻璃面上。
其次，彈簧結構上制備si打底層，在氬氣氛圍下通過si靶材磁控濺射方式在彈簧結構上制備si連續膜層，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角0°，氣壓4×10-1pa，磁控濺射功率600w，時間30min，最終獲得厚度0.26μm的膜層。
最后，si打底層上制備納米多層膜，其成分為dlc/al，由dlc膜和al膜多層交替制備而成，dlc/al多層膜包括5個調制單元，即5層dlc膜，5層al膜。下面敘述1個單元的制備方法。首先制備dlc膜層，通過c2h2氛圍下射頻放電方式獲取，具體參數為：氣壓8×10-2pa，射頻功率800w，時間30s，制備的膜層厚度22nm；其次在氬氣氛圍下通過al靶磁控濺射技術制備al膜，具體參數為：氣壓5×10-1pa，射頻功率600w，時間60s，制備的膜層厚度33nm。其余4個單元制備方法上述過程相同。
實施方式2彈簧結構為sio2，底層為ti層
在光學玻璃上先制備成分為sio2的彈簧結構，光學玻璃先進行清潔處理，乙醇溶液超聲清洗5min，并進行烘干。彈簧結構采用掠射角沉積技術來制備，在氧氣氛圍下通過si靶材磁控濺射方式在光學玻璃表面制備sio2彈簧結構，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角為82°，氣壓8×10-1pa，磁控濺射功率500w，光學玻璃旋轉速率1.5rpm，時間60min，最終獲得厚度0.62μm的彈簧結構，彈簧結構緊密結合在光學玻璃面上。
其次，彈簧結構上制備ti打底層，在氬氣氛圍下通過ti靶材磁控濺射方式在彈簧結構上制備ti連續膜層，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角0°，氣壓4×10-1pa，磁控濺射功率600w，時間30min，最終獲得厚度0.21μm的膜層。
最后ti打底層上制備納米多層膜，其成分為dlc/al，由dlc膜和al膜多層交替制備而成，dlc/al多層膜包括5個調制單元，即5層dlc膜，5層al膜。下面敘述1個單元的制備方法。首先制備dlc膜層，通過c2h2氛圍下射頻放電方式獲取，具體參數為：氣壓8×10-2pa，射頻功率800w，時間30s，制備的膜層厚度22nm；其次在氬氣氛圍下通過al靶磁控濺射技術制備al膜，具體參數為：氣壓5×10-1pa，射頻功率600w，時間60s，制備的膜層厚度33nm。其余4個單元制備方法上述過程相同。
實施方式3彈簧結構為si3n4，底層為si層
在光學玻璃層上先制備成分為si3n4的彈簧結構，光學玻璃先進行清潔處理，乙醇溶液超聲清洗5min，并進行烘干。彈簧結構采用掠射角沉積技術來制備，在氮氣氛圍下通過si靶材磁控濺射方式在光學玻璃表面制備si3n4彈簧結構，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角為86°，氣壓6×10-1pa，磁控濺射功率500w，光學玻璃旋轉速率1.5rpm，時間60min，最終獲得厚度0.54μm的彈簧結構，彈簧結構緊密結合在光學玻璃面上。
其次，彈簧結構上制備si打底層，在氬氣氛圍下通過si靶材磁控濺射方式在彈簧結構上制備si連續膜層，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角0°，氣壓4×10-1pa，磁控濺射功率600w，時間30min，最終獲得厚度0.26μm的膜層。
最后si打底層上制備納米多層膜，其成分為dlc/al，由dlc膜和al膜多層交替制備而成，dlc/al多層膜包括5個調制單元，即5層dlc膜，5層al膜。下面敘述1個單元的制備方法。首先制備dlc膜層，通過c2h2氛圍下射頻放電方式獲取，具體參數為：氣壓8×10-2pa，射頻功率800w，時間30s，制備的膜層厚度22nm；其次在氬氣氛圍下通過al靶磁控濺射技術制備al膜，具體參數為：氣壓5×10-1pa，射頻功率600w，時間60s，制備的膜層厚度33nm。其余4個單元制備方法上述過程相同。
實施方式4彈簧結構為si3n4，底層為ti層
在光學玻璃層上先制備成分為si3n4的彈簧結構，光學玻璃先進行清潔處理，乙醇溶液超聲清洗5min，并進行烘干。彈簧結構采用掠射角沉積技術來制備，在氮氣氛圍下通過si靶材磁控濺射方式在光學玻璃表面制備si3n4彈簧結構，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角為86°，氣壓6×10-1pa，磁控濺射功率500w，光學玻璃旋轉速率1.5rpm，時間60min，最終獲得厚度0.54μm的彈簧結構，彈簧結構緊密結合在光學玻璃面上。
其次，彈簧結構上制備ti打底層，在氬氣氛圍下通過ti靶材磁控濺射方式在彈簧結構上制備ti連續膜層，具體參數為：磁控濺射粒子束入射角0°，氣壓4×10-1pa，磁控濺射功率600w，時間30min，最終獲得厚度0.21μm的膜層。
最后si打底層上制備納米多層膜，其成分為dlc/al，由dlc膜和al膜多層交替制備而成，dlc/al多層膜包括5個調制單元，即5層dlc膜，5層al膜。下面敘述1個單元的制備方法。首先制備dlc膜層，通過c2h2氛圍下射頻放電方式獲取，具體參數為：氣壓8×10-2pa，射頻功率800w，時間30s，制備的膜層厚度22nm；其次在氬氣氛圍下通過al靶磁控濺射技術制備al膜，具體參數為：氣壓5×10-1pa，射頻功率600w，時間60s，制備的膜層厚度33nm。其余4個單元制備方法上述過程相同。
下面列表說明不同實施方式得到防護膜的性能。
碎片撞擊后防護膜性能對比(速度：6.52km/s，直徑：0.5mm，厚度：3μm)
盡管上文對本發明的具體實施方式給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，本領域的技術人員可以依據本發明的精神對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用在未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明保護范圍之內。