密闭头盔玻璃面罩镀膜的加工及缺陷整治

卫凌云

摘 要：去除飞行员密闭头盔观察面罩内表面上的水雾，采用了集团离子束镀膜的方法，既能去除察面罩表面上的水雾，又具有很高的透明度，观察的物体更具真实性。但在加工过程中，面罩表面会出现一些缺陷。缺陷的解决：一方面是高度的责任心；一方面是严格的工艺纪律；另一方面需要精确的分析与得当的处治措施。

关键词：头盔；观察面罩；真空镀膜；汇流片

1 概述

佩戴密闭的头盔能避免飞行员的头部直接碰撞机舱和仪表，同时为飞行员提供氧气和通讯。呼出的气体中含有水分，热的水气遇到冷的密闭观察面罩时会形成水雾。这层水雾就会影响其透光率，使飞行员什么都看不见，影响歼击机的飞行和训练。另外，当飞机的座舱盖破裂时，高速而强劲的风吹袭着飞行员的脸时，飞行员脸上的肌肉会被吹变形，眼睛也会睁不开，极大地影响飞行员的飞行和自救[1]。为此，需要除去玻璃面罩表面上水雾。

2 观察面罩上去水雾方法

目前，去除水雾方法有两种。一是电阻丝加温法。二是镀膜加温法。

2.1 电阻丝加温法

在两层玻璃之间设置一定长度的电阻（康铜丝），当电流经过加温电阻（康铜丝）时，在康铜丝上会产生一定的热量，足够的热量便可以蒸发内层玻璃表面上的水雾。以保证面罩周围的气温在-50℃～+50℃±2℃范围和湿度在95±3%时，有正常能见度。

其结构由内、外层航空有机玻璃及中间透明胶片胶合而成。加温电阻丝粘在透明胶片上，电阻值为20.5±5Ω。电阻丝加温法只适用于制造单曲面的加温玻璃面罩，而不适用于双曲面的加温玻璃面罩。而从光学角度考虑双曲面的加温玻璃面罩观察物体的图像不会变成畸形，故这种电阻丝加温法是处于淘汰的工艺方法。

2.2 镀膜加温法

真空镀膜是指在真空条件下，将金属、金属化合物和其它镀膜材料沉积到基材表面的一种技术。不同膜材的气化方式和离化方式，可以构成不同类型离子镀膜[2]。

2.2.1 真空镀膜常用的方法。热蒸发镀膜法和离子溅射镀膜法。热蒸发镀膜法只适用于低熔点金属（如铝）的真空镀膜，离子溅射镀膜法能够运用于各种高熔点的金属、合金和化合物，并且镀膜层与基体的结合力较强，镀层致密均匀。TK-4B面罩镀层有三氧化二铋、黄金和银等高熔点物质，在气体离子或蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物或其反应产物蒸镀在基体表面上。

2.2.2 膜材气化方式。有电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热和阴极弧光放电加热等。

2.2.3 气体分子或原子离化和激活方式。有辉光放电型、电子束型、热电子型、等离子电子束型、多弧型和高真空电弧放电型，以及各种形式的离子源等。

不同的蒸发源与不同的电离或激活方式也可以有多种不同的组合，即直流二极型（DCIP）、多阴极型、活性反应蒸镀法（ARE）、空心阴极离子鍍（HCD）、射频离子镀（RFIP）、增强ARE型、低压等离子体等离镀（LPPD）、电场蒸发、感应离子加热镀、集团离子束镀和多弧离子镀。

3 加温玻璃面罩镀膜方法

加温玻璃面罩（TK-4B面罩），需要在其内型表面采用真空镀制金属膜来实现加热去水雾的功能。

3.1 加温玻璃面罩基体材料与成型方法

加温玻璃面罩的基体是有机玻璃，面罩是采用吹塑成型双曲面的工艺方法。基体是无色透明的有机玻璃，材料应无气泡，其软化点温度为：95℃，镀膜时要求基体温度不能太高。

3.2 镀膜方法

选用镀膜方式组合中的集团离子束镀膜的方法。利用电阻加热，从坩锅中喷射出集团状蒸发颗粒。依靠电子发射或从灯丝发出电子碰撞作用进行离化。特点：基体升温小，既能镀金属膜又能直接镀化合物膜，如氧化锌等，可用于镀电子器件和音响器件[3]。

3.3 镀膜材料

镀膜层材料为三氧化二铋（Bi2O3）和黄金（Au），镀层厚度分别为1.5～2nm（150～200A）和2～2.5nm（200～250A）。镀层有电阻要求和透光率要求，加温玻璃面罩要通电加温，加温时要求整个加温面积的温度均匀，镀制的透明导电膜层也应该均匀。

3.4 镀制镀层的环境要求

无尘是防止加温玻璃面罩表面上会产生杂质和黑点的缺陷而影响透明度的因素，所有真空镀膜必须是在高度无尘的真空环境下进行。

3.5 加温玻璃面罩镀膜生产过程

（1）当真空度达到5×10-3Pa以上时，打开“蒸发”开关，调节变压器，逐渐加大电流（小于12A），使三氧化二铋预熔，钟罩内真空度同时下降。（2）当钟罩内真空度恢复到5×10-3Pa以上时，并抽到3×10-3Pa，再加大蒸发电流（20A以上）。此时从观察窗可以看到金丝逐渐被熔化缩成液体小球，然后迅速蒸发。此时，加温玻璃面罩表面上便附着了一层金膜。（3）影响真空镀膜质量和厚度的因素，主要是真空度、蒸发源的形状、基体的位置和蒸发源的温度等。这是因为固态物质在常温和常压之下，蒸发量是微乎其微。真空度越高，蒸发源材料的分子越容易离开材料表面向四周散射，蒸发材料的分子与气体分子碰撞概率就越小，从而能够无阻挡地直线到达基体的表面。同时，能量的损耗也会很小[4]。

4 加温玻璃面罩真空镀膜工艺以及汇流片与电极粘接工艺

加温玻璃面罩真空镀膜的关键技术是在加温玻璃面罩表面上真空镀膜工艺制造的技术，汇流片与电极粘接工艺技术两项。通过多年的实践，加温玻璃面罩真空镀膜工艺，汇流片和电极粘接工艺成熟，各个工序和工艺参数稳定。只要严格遵守工艺规程中的内容，就能生产出合格加温玻璃面罩[5]。

5 汇流片与电极粘接的缺陷与整治

一些缺陷目前可以得到有效的整治，但一些个别缺陷目前还无有效的方法整治。

5.1 预防加温玻璃面罩清漆涂刷的缺陷预防方法

（1）加温玻璃面罩表面上清漆涂刷的缺陷。底漆涂刷后需要干燥之后才能进行真空镀膜，真空镀膜后还需要涂刷清漆作为面膜。通过摸索，在一定的温度下，底漆固化得越彻底，对汇流片的脱层和起翘影响越小。涂刷清漆时，应在无尘的环境下并要严控格制温、湿度。（2）面罩镀膜层厚薄不均匀性会直接影响电阻值的不均匀性，从而造成加热镀膜的热量不均匀性。应按照工艺要求严格控制真空度、蒸发电流以及镀膜材料的重量。

5.2 汇流片与电极粘接的缺陷

（1）汇流片粘接脱层和起翘。由于DAD-8-3型导电胶的配方比例不适当和搅拌不均匀所产生的缺陷。应严格按工艺配方比例调制，并且搅拌均匀。（2）汇流片发黑。是因为纯银的汇流片与空气中的氧接触之后生成氧化银。方法是在完成汇流片与电极的粘接之后，应尽量减少汇流片与空气接触。首先一定温度下烘干后，应在汇流片上立即涂刷一层保护清漆，但时间长了汇流片仍旧会发黑，这是目前无法解決的问题。建议可以采用透明的树脂作为覆盖剂喷涂在汇流片上，可以长期完全隔离汇流片与空气的接触，确保汇流片不发黑。

5.3 光学畸形

加温玻璃面罩为双曲面的型面是确保被观察的对象不会变成畸形的重要保证，同时加温玻璃面罩底漆和面漆厚薄要均匀，清漆稀稠的配比要适当，不能有流痕。会降低影像畸变，不能确保加温玻璃面罩的保证透光率。

6 结束语

加温玻璃面罩镀膜是一种成熟的制造工艺，生产时要严格遵守工艺规程中各项内容，，当产生缺陷时，需要冷静分析，找出产生的原因及解决的办法。对于汇流片会发黑的问题，只有改变汇流片隔离空气的材质，这种材料只能从树脂品种中去寻找。产品的质量问题主要归结到责任心的问题，具有高度的责任心，又能严格按照工艺规程中各项内容进行操作，产品的合格率一定是极高的。

参考文献

[1]刘长明.高空密闭头盔探秘航空知识[J].2006，9.

[2]杨烈宇，等.材料表面薄膜技术[M].人民交通出版社，1991.

[3]方应翠，沈杰，解志强.真空镀膜原理与技术[M].科学出版社，2014，3.

[4]王银川.真空镀膜技术的现状及发展[M].现代仪器，2000，6.

[5]吴桐水.中国通用航空发展展望[J].航空知识，2003，1.