紫外輻照試驗

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1、紫外輻照試驗章俞之，曹韞真，吳嶺南，宋力昕，陳杰鋒（中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所特種無機涂層重點實驗室，上海200050）摘要：無機熱控涂層是航天器常用的一類熱控涂層。文章采用上海硅酸鹽研究所研制的真空－紫外輻照裝置，選用合適的加速倍率，對國內(nèi)幾種常用的熱控涂層進行了10000ESH以上的輻照試驗，原位測量了各階段試驗樣品的太陽吸收比，獲得了這些熱控涂層的太陽吸收比變化曲線，驗證了熱控涂層的“漂白效應(yīng)”。相關(guān)研究結(jié)果可以為熱控制專家進行熱設(shè)計時提供參考。關(guān)鍵詞：熱控涂層；真空-紫外輻照；太陽吸收比；光譜反射率中圖分類號：TB34；TN23文獻標識碼：A文章編號：1673-137

2、9(2011)02-0126-06DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2011.02.0050前言熱控材料是航天器熱控制系統(tǒng)的重要組成部分，通常暴露于航天器外表面，直接承受空間各種惡劣環(huán)境的輻照與剝蝕，它們的性能在空間環(huán)境中的穩(wěn)定性將影響到航天器的壽命和可靠性。熱控涂層在空間受到太陽紫外輻照后，其光學(xué)、熱學(xué)性能將產(chǎn)生不同程度的退化，如果光學(xué)性能退化嚴重，會導(dǎo)致航天器溫控失敗。所以必須在地面進行太陽紫外輻照的模擬試驗，以考察熱控涂層的性能退化程度，評價涂層光學(xué)/熱學(xué)性能變化是否在熱設(shè)計所允許的范圍內(nèi)。由于紫外線對熱控材料的損傷機理非常復(fù)雜，很難從理論上找到

3、適用于預(yù)測各種涂層性能退化的可靠、普遍的規(guī)律。隨著我國長壽命、高可靠航天器研制的發(fā)展，各類熱控材料也需要經(jīng)過長期的空間環(huán)境試驗考核。在航天材料的研究中，目前切實可行的方法仍是對各種類型的熱控涂層進行真空-紫外輻照試驗和加速試驗[1]。目前的研究認為紫外輻照對熱控材料的主要損傷是在材料中產(chǎn)生“色心”，考慮到空氣中的氧會對這種“色心”有“漂白”作用，所以開展真空-紫外輻照試驗的原位檢測是非常必要的。此外，在航天器熱控材料的各種空間環(huán)境模擬試驗考核中，真空-電子輻照、真空-質(zhì)子輻照、原子氧等空間環(huán)境模擬試驗可以選擇近百倍的加速在相對較短的時間內(nèi)完成；而真空-紫外輻照試驗具有劑量——

4、——————————收稿日期：2010-12-23；修回日期：2011-02-18基金項目：國防科技工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)項目作者簡介：章俞之（1972—），女，博士學(xué)位，主要從事航天器熱控材料與環(huán)境試驗研究。聯(lián)系電話：（021）52412359。大、時間長等特點，在輻照過程中會產(chǎn)生附加熱效應(yīng)，加速倍率一般不能超過5～6倍。本文介紹了中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所近年對幾種無機熱控涂層進行真空-紫外輻照試驗所取得的一些結(jié)果。1輻照試驗太陽吸收比(as)和紅外發(fā)射率(eh)是熱控涂層兩個重要的可控?zé)嵛镄詤?shù)，采用不同的as和eh可控制暴露于空間環(huán)境中航天器表面熱平衡溫度水平。目前國內(nèi)外熱控專

5、家的研究表明：經(jīng)空間環(huán)境輻照試驗后，熱控材料的eh一般變化不大或基本不變，但as會發(fā)生不同程度的退化。因此，通常采用熱控材料的as變化來考察材料輻照后的熱穩(wěn)定性[2]。按照國家專利（CN1180838A）和GJB2502.5—2006[3]的規(guī)定要求進行紫外輻照試驗。本方法適宜于涂層材料近紫外波段的輻照試驗，特別是較長時間紫外輻照模擬試驗。在試驗前、試驗過程中以及試驗后任何時間都可以進行涂層材料的太陽反射率(ρs)原位測試，從而計算相應(yīng)的αs，試驗安全可靠。1.1　輻照試樣的制備首先將涂層樣品材料制成φ18mm的圓形試片，再將試片放入一端帶有窗口的石英玻璃管中并第2期章俞之等

6、：幾種熱控涂層的真空-紫外輻照試驗127緊貼窗口，涂層面朝管外。石英玻璃管中還安放一枚消氣劑。裝好試片和消氣劑的石英管接到無油真空系統(tǒng)抽真空，抽氣過程中伴隨一定溫度的烘烤。抽氣之后將石英管從真空系統(tǒng)分離并封口，然后在高頻加熱器中加熱把消氣劑蒸發(fā)出來，完成試樣的制備工作。制備好的輻照試驗件如圖1所示。試樣如此制備的目的是確保其在輻照過程中始終處于高真空環(huán)境，并解決原位測量問題。1.彈簧；2.石英管；3.試樣；4.電離計管；5.排氣管；6.消氣劑；7.彈簧；8.95料玻璃管；9.過渡玻璃管圖1已裝好涂層試片的試驗件Fig.1Thetestsamplewiththermalcont

7、rolcoating1.2　紫外光源及輻照度選擇采用1000W超高壓球形汞弧燈作為紫外光源，這種紫外光源能輻射出強烈的紫外線，可以連續(xù)工作240h而衰減較少，維護方便。通過調(diào)節(jié)試樣到紫外燈之間的距離，可以調(diào)整試樣接受的輻照度。為了評價加速試驗的合理性，我們曾經(jīng)專門對多種熱控涂層進行過“時間-輻照度”互易性研究，根據(jù)研究結(jié)果，本文所述紫外加速試驗選用3倍或5倍太陽紫外輻照度。1.3　太陽吸收比(αs)測試按照GJB2502—1995或GJB2502.2—2006[4]的規(guī)定方法對熱控涂層試樣的αs進行測試