密閉頭盔玻璃面罩鍍膜的加工及缺陷整治

衛凌云

摘 要：去除飛行員密閉頭盔觀察面罩內表面上的水霧，采用了集團離子束鍍膜的方法，既能去除察面罩表面上的水霧，又具有很高的透明度，觀察的物體更具真實性。但在加工過程中，面罩表面會出現一些缺陷。缺陷的解決：一方面是高度的責任心；一方面是嚴格的工藝紀律；另一方面需要精確的分析與得當的處治措施。

關鍵詞：頭盔；觀察面罩；真空鍍膜；匯流片

1 概述

佩戴密閉的頭盔能避免飛行員的頭部直接碰撞機艙和儀表，同時為飛行員提供氧氣和通訊。呼出的氣體中含有水分，熱的水氣遇到冷的密閉觀察面罩時會形成水霧。這層水霧就會影響其透光率，使飛行員什么都看不見，影響殲擊機的飛行和訓練。另外，當飛機的座艙蓋破裂時，高速而強勁的風吹襲著飛行員的臉時，飛行員臉上的肌肉會被吹變形，眼睛也會睜不開，極大地影響飛行員的飛行和自救[1]。為此，需要除去玻璃面罩表面上水霧。

2 觀察面罩上去水霧方法

目前，去除水霧方法有兩種。一是電阻絲加溫法。二是鍍膜加溫法。

2.1 電阻絲加溫法

在兩層玻璃之間設置一定長度的電阻（康銅絲），當電流經過加溫電阻（康銅絲）時，在康銅絲上會產生一定的熱量，足夠的熱量便可以蒸發內層玻璃表面上的水霧。以保證面罩周圍的氣溫在-50℃～+50℃±2℃范圍和濕度在95±3%時，有正常能見度。

其結構由內、外層航空有機玻璃及中間透明膠片膠合而成。加溫電阻絲粘在透明膠片上，電阻值為20.5±5Ω。電阻絲加溫法只適用于制造單曲面的加溫玻璃面罩，而不適用于雙曲面的加溫玻璃面罩。而從光學角度考慮雙曲面的加溫玻璃面罩觀察物體的圖像不會變成畸形，故這種電阻絲加溫法是處于淘汰的工藝方法。

2.2 鍍膜加溫法

真空鍍膜是指在真空條件下，將金屬、金屬化合物和其它鍍膜材料沉積到基材表面的一種技術。不同膜材的氣化方式和離化方式，可以構成不同類型離子鍍膜[2]。

2.2.1 真空鍍膜常用的方法。熱蒸發鍍膜法和離子濺射鍍膜法。熱蒸發鍍膜法只適用于低熔點金屬（如鋁）的真空鍍膜，離子濺射鍍膜法能夠運用于各種高熔點的金屬、合金和化合物，并且鍍膜層與基體的結合力較強，鍍層致密均勻。TK-4B面罩鍍層有三氧化二鉍、黃金和銀等高熔點物質，在氣體離子或蒸發物質離子的轟擊下，將蒸發物或其反應產物蒸鍍在基體表面上。

2.2.2 膜材氣化方式。有電阻加熱、電子束加熱、等離子電子束加熱、高頻感應加熱和陰極弧光放電加熱等。

2.2.3 氣體分子或原子離化和激活方式。有輝光放電型、電子束型、熱電子型、等離子電子束型、多弧型和高真空電弧放電型，以及各種形式的離子源等。

不同的蒸發源與不同的電離或激活方式也可以有多種不同的組合，即直流二極型（DCIP）、多陰極型、活性反應蒸鍍法（ARE）、空心陰極離子鍍（HCD）、射頻離子鍍（RFIP）、增強ARE型、低壓等離子體等離鍍（LPPD）、電場蒸發、感應離子加熱鍍、集團離子束鍍和多弧離子鍍。

3 加溫玻璃面罩鍍膜方法

加溫玻璃面罩（TK-4B面罩），需要在其內型表面采用真空鍍制金屬膜來實現加熱去水霧的功能。

3.1 加溫玻璃面罩基體材料與成型方法

加溫玻璃面罩的基體是有機玻璃，面罩是采用吹塑成型雙曲面的工藝方法。基體是無色透明的有機玻璃，材料應無氣泡，其軟化點溫度為：95℃，鍍膜時要求基體溫度不能太高。

3.2 鍍膜方法

選用鍍膜方式組合中的集團離子束鍍膜的方法。利用電阻加熱，從坩鍋中噴射出集團狀蒸發顆粒。依靠電子發射或從燈絲發出電子碰撞作用進行離化。特點：基體升溫小，既能鍍金屬膜又能直接鍍化合物膜，如氧化鋅等，可用于鍍電子器件和音響器件[3]。

3.3 鍍膜材料

鍍膜層材料為三氧化二鉍（Bi2O3）和黃金（Au），鍍層厚度分別為1.5～2nm（150～200A）和2～2.5nm（200～250A）。鍍層有電阻要求和透光率要求，加溫玻璃面罩要通電加溫，加溫時要求整個加溫面積的溫度均勻，鍍制的透明導電膜層也應該均勻。

3.4 鍍制鍍層的環境要求

無塵是防止加溫玻璃面罩表面上會產生雜質和黑點的缺陷而影響透明度的因素，所有真空鍍膜必須是在高度無塵的真空環境下進行。

3.5 加溫玻璃面罩鍍膜生產過程

（1）當真空度達到5×10-3Pa以上時，打開“蒸發”開關，調節變壓器，逐漸加大電流（小于12A），使三氧化二鉍預熔，鐘罩內真空度同時下降。（2）當鐘罩內真空度恢復到5×10-3Pa以上時，并抽到3×10-3Pa，再加大蒸發電流（20A以上）。此時從觀察窗可以看到金絲逐漸被熔化縮成液體小球，然后迅速蒸發。此時，加溫玻璃面罩表面上便附著了一層金膜。（3）影響真空鍍膜質量和厚度的因素，主要是真空度、蒸發源的形狀、基體的位置和蒸發源的溫度等。這是因為固態物質在常溫和常壓之下，蒸發量是微乎其微。真空度越高，蒸發源材料的分子越容易離開材料表面向四周散射，蒸發材料的分子與氣體分子碰撞概率就越小，從而能夠無阻擋地直線到達基體的表面。同時，能量的損耗也會很小[4]。

4 加溫玻璃面罩真空鍍膜工藝以及匯流片與電極粘接工藝

加溫玻璃面罩真空鍍膜的關鍵技術是在加溫玻璃面罩表面上真空鍍膜工藝制造的技術，匯流片與電極粘接工藝技術兩項。通過多年的實踐，加溫玻璃面罩真空鍍膜工藝，匯流片和電極粘接工藝成熟，各個工序和工藝參數穩定。只要嚴格遵守工藝規程中的內容，就能生產出合格加溫玻璃面罩[5]。

5 匯流片與電極粘接的缺陷與整治

一些缺陷目前可以得到有效的整治，但一些個別缺陷目前還無有效的方法整治。

5.1 預防加溫玻璃面罩清漆涂刷的缺陷預防方法

（1）加溫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進行真空鍍膜，真空鍍膜后還需要涂刷清漆作為面膜。通過摸索，在一定的溫度下，底漆固化得越徹底，對匯流片的脫層和起翹影響越小。涂刷清漆時，應在無塵的環境下并要嚴控格制溫、濕度。（2）面罩鍍膜層厚薄不均勻性會直接影響電阻值的不均勻性，從而造成加熱鍍膜的熱量不均勻性。應按照工藝要求嚴格控制真空度、蒸發電流以及鍍膜材料的重量。

5.2 匯流片與電極粘接的缺陷

（1）匯流片粘接脫層和起翹。由于DAD-8-3型導電膠的配方比例不適當和攪拌不均勻所產生的缺陷。應嚴格按工藝配方比例調制，并且攪拌均勻。（2）匯流片發黑。是因為純銀的匯流片與空氣中的氧接觸之后生成氧化銀。方法是在完成匯流片與電極的粘接之后，應盡量減少匯流片與空氣接觸。首先一定溫度下烘干后，應在匯流片上立即涂刷一層保護清漆，但時間長了匯流片仍舊會發黑，這是目前無法解決的問題。建議可以采用透明的樹脂作為覆蓋劑噴涂在匯流片上，可以長期完全隔離匯流片與空氣的接觸，確保匯流片不發黑。

5.3 光學畸形

加溫玻璃面罩為雙曲面的型面是確保被觀察的對象不會變成畸形的重要保證，同時加溫玻璃面罩底漆和面漆厚薄要均勻，清漆稀稠的配比要適當，不能有流痕。會降低影像畸變，不能確保加溫玻璃面罩的保證透光率。

6 結束語

加溫玻璃面罩鍍膜是一種成熟的制造工藝，生產時要嚴格遵守工藝規程中各項內容，，當產生缺陷時，需要冷靜分析，找出產生的原因及解決的辦法。對于匯流片會發黑的問題，只有改變匯流片隔離空氣的材質，這種材料只能從樹脂品種中去尋找。產品的質量問題主要歸結到責任心的問題，具有高度的責任心，又能嚴格按照工藝規程中各項內容進行操作，產品的合格率一定是極高的。

參考文獻

[1]劉長明.高空密閉頭盔探秘航空知識[J].2006，9.

[2]楊烈宇，等.材料表面薄膜技術[M].人民交通出版社，1991.

[3]方應翠，沈杰，解志強.真空鍍膜原理與技術[M].科學出版社，2014，3.

[4]王銀川.真空鍍膜技術的現狀及發展[M].現代儀器，2000，6.

[5]吳桐水.中國通用航空發展展望[J].航空知識，2003，1.