原子氧对航天器用有机热控涂层影响的研究

以在我国某型号卫星上应用的两种有机热控涂层——改进型S781铝灰漆和S956灰漆作为对象，首次就近地轨道原子氧环境对涂层性能（太阳吸收比αS和红外半球发射率εH）的影响进行实验研究。实验中采用同轴源原子氧装置，以近地轨道原子氧通量条件对涂层进行试验。结果表明，原子氧对涂层表面的侵蚀作用是造成涂层性能退化的主要原因，在相同的原子氧剂量下，涂层性能变化的程度与涂层组成成分的配比有关。     

原子氧对Kapton／Al薄膜性能影响研究

模拟空间环境下原子氧辐照条件,通过采用固定的原子氧束流密度进行不同时间辐照试验,研究了温控涂层材料Kapton/Al薄膜的质量损失、光学性能、表面形貌和表面粗糙度的演化规律.试验结果表明,原子氧对材料的剥蚀量与原子氧的作用时间成正比例关系.材料辐照后太阳吸收率发生明显变化,而辐射率几乎不发生变化.辐照后试样表面的粗糙度,是影响太阳吸收率变化主要因素.随着辐照时间的增长,材料表面粗糙度增加,导致太阳吸收率增大.     

TiO2-有机硅热控涂层对空间聚合材料的防护

在原子氧 (AO)地面模拟设备中对空间材料Kapton及TiO2 有机硅热控涂层进行原子氧剥蚀效应试验。用LAMBDA 9分光度计、光电子能谱 (XPS)、红外光谱 (FTIR)和扫描电镜 (SEM )研究了原子氧 (AO)对Kapton侵蚀机理及对其表面涂覆的TiO2 有机硅热控涂层的防护作用进行了表征。AO对Kapton表现了较严重的侵蚀作用 ,而所施用的TiO2 有机硅热控涂层的表面形貌则变化甚少 ,实验表明 ,该涂层对AO辐照有较强的防护效果、较好的空间稳定性和热控性能。     

飞机透明件用光固化有机-无机杂化耐磨涂层的研究

采用溶胶-凝胶法通过控制催化剂添加量制备了不同纳米粒径的纳米二氧化硅粒子,用偶联剂MEMO对其表面进行改性处理后制备了有机玻璃用光固化有机-无机杂化涂层。结果表明,经过MEMO处理的纳米二氧化硅粒子与光固化聚氨酯丙烯酸酯树脂有很好的相容性,PMMA涂覆光固化PUA/SiO2涂层后,其硬度由原来的HB提高到3H,体积收缩率降低52%,耐磨性能比未添加的纳米SiO2涂层提高了70%以上。     

原子氧与真空紫外线协同效应对有机涂层的降解作用

为研究真空紫外与原子氧的协同作用,进行了环氧树脂和有机硅树脂的原子氧/真空紫外交互的地面模拟实验,结果表明:在交互作用中,对有机涂层破坏的主导因素是原子氧,真空紫外线起到协同作用,在切断有机高分子材料化学键的同时,为原子氧提供了反应基,加速了原子氧的反应速率.对比真空紫外辐照和原子氧/真空紫外交互实验结果分析中可以发现,有机硅树脂是较好的耐真空紫外辐射和原子氧侵蚀的有机涂层材料.     

基于甲基三甲氧基硅烷/正硅酸乙酯的聚碳酸酯耐磨涂层

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)水解聚合产物作为主要成膜物质,引入正硅酸乙酯(TEOS)水解产物硅溶胶作为无机增强物,采用溶胶凝胶法在聚碳酸酯(PC)表面形成耐磨涂层。结果表明:PC表面形成了Si—O—Si的交联网络结构。通过测试耐磨实验前后光学性能的变化研究表面涂覆涂层的聚碳酸酯的耐磨性能与涂层组分之间的关系。当涂层原料MTMS和TEOS的摩尔比为2∶1时,聚碳酸酯的耐磨性能达到最优,500次摩擦后雾度为13.22%,为纯PC的56.21%。     

聚甲基苯基硅氧烷涂层对高硅氧纤维/磷酸盐性能的影响

采用涂覆有机-无机杂化涂层的方法对高硅氧纤维(HSGF)进行表面改性.涂覆前后的纤维表面特性采用XPS和AFM进行表征;采用浸泡法腐蚀实验研究了涂层对HSGF耐酸腐蚀能力的影响;通过测试界面剪切强度(IFSS)评价了复合材料的界面粘结性能,并测试了涂层前后HSGF及其增强磷酸盐基复合材料力学性能.结果表明,聚甲基苯基硅氧烷(PSI)涂层可有效地保护高硅氧纤维,阻碍磷酸盐基体/高硅氧纤维之间的界面反应,降低磷酸对其的腐蚀速率,调节界面结合程度,使复合材料弯曲强度比未处理试样提高32%.     

纳米颗粒增强环氧树脂抗原子氧剥蚀性能机理研究

 为了提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能，将不与原子氧反应的无机纳米二氧化硅颗粒添加到环氧树脂中，并对所制成的纳米复合材料试样进行原子氧效应地面模拟试验，分析了试验前后试样表面形貌、表面成分和表面化学结构的变化规律。结果表明，加入纳米颗粒后，环氧试样的质量损失和剥蚀率出现了明显的下降，抗原子氧剥蚀性能得到了大幅度的提高。同时，试验后的纳米复合材料表面仍然存在一些新的有机结构，它们和纳米二氧化硅颗粒一起，共同阻止原子氧对底层材料的进一步剥蚀。     

新型无机热控涂层的性能及应用

采用自制新型无机白色填料、无机黏结剂制备了高稳定无机热控涂层。对热控涂层的厚度、面密度、热辐射性能、真空挥发性、热循环性能、空间环境稳定性(真空-紫外、真空-质子、真空-电子、原子氧)及多种基材的适应性进行了测试与验证。结果表明:新型无机热控涂层的太阳吸收比≤0.07、半球发射率≥0.90、面密度200～360 g/m~2,经过地面模拟空间环境试验后涂层的太阳吸收比退化量较小,具有优异的空间环境稳定性,适用于多种基材表面。     

W/Ir功能复合涂层及其抗烧蚀机制研究

采用双辉等离子技术在石墨表面制得W/Ir功能复合涂层,研究了其组织结构和抗烧蚀机制.该复合涂层由两层W和两层Ir交替叠加而成,与石墨接触的W起到增加涂层结合强度的作用,表面的Ir起到隔离氧环境的作用.在2000℃的氧-乙炔焰下烧蚀70 s,涂层仍能保持完整的结构,有效地保护了石墨基体.烧蚀结果表明,Ir涂层控制氧的渗透速度,经Ir涂层缺陷渗入的氧与W涂层反应形成挥发性WO3,W涂层作为消耗层,进一步阻止氧的扩散,保护内部涂层.试样的烧蚀失重率为1.62%.     

Erosion of a Polyimide Material Exposed to Simulated Atomic Oxygen Environment

Oxygen plasma source generated by thermal cathode filament discharge has been used to study the erosion process of polyimide (PI) materials in atomic oxygen (AO) environment, and their mass loss, surface morphology and surface chemical compositions have been examined by scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) after exposure to incremental AO flux. The data indicate that the physical adsorption of AO at the samples' surface results in the increase of oxygen concentration when polyimide is exposed to AO flux. Then selective chemical reactions of groups of polyimide materials with AO yield volatile organic compounds, sample mass loss is on linear increase and carpet-like surface morphology forms. In the initial exposure to AO, the reaction occurs mainly between AO and carbon in specific location of aromatic ring, then the reaction rate of C=O groups gradually increases. After AO exposure, the oxygen concentration increases while nitrogen and carbon concentration decreases. Reaction rate of groups containing nitrogen is slower compared with carbon and oxygen.     

Ground-based Investigations of Atomic Oxygen Erosion Behaviors of Silver and Ion-implanted Silver

Silver foils and ion-implanted silver foils exposed to atomic oxygen (AO) generated in a ground simulation facility were investi-gated by the quartz crystal microbalance (QCM), the scanning electron microscopy (SEM) and the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The experimental results show the presence of Ag2O and AgO in an oxidation process of the silver foil having exposure to AO. As soon as silver comes under the bombardment of atomic oxygen, the oxidation process starts with a thick film forming on the silver surface. Because of the development of stresses, the oxide layer gets cracked and spalled, which leads to appearance of a new silver surface intensifying further oxidation. At last, AgO begins to form on the outer surface of the oxide film. The analytical results of the XPS and the AES attest to formation of a continuous high-quality protective oxide-based layer on the surface of ion-implanted silver films after exposure to AO. This layer can well protect materials in question from erosion.     

银膜的原子氧剥蚀效应及其防护的试验研究

 空间太阳电池板作为空间飞行器电源系统的重要组成部分,它的正常工作对飞行器的运行起着非常重要的作用,而作为互连片的银材料,可能会与空间环境中的原子氧发生反应,生成不导电的氧化物,从而影响空间太阳电池板的有效寿命。本文在原子氧效应地面模拟试验设备中,对银以及镀有不同防护层的银膜进行了原子氧效应地面模拟试验研究,对试验前后试样的外观、质量进行了比较,获得了银在设备中的反应特点,同时对不同防护镀层的有效性进行了验证,为银互连片在空间太阳电池板上的应用及其防护提供了设计依据。     

空间聚四氟乙烯的真空紫外辐射及其与原子氧的复合效应研究

聚四氟乙烯是航天器上常用的一种聚合物材料。在空间环境效应地面模拟试验设备中 ,对这种材料开展了真空紫外辐射、真空紫外辐射与原子氧复合效应的试验研究 ,总结和分析了试验前后试样外观、质量、光学参数和表面成分等方面的变化规律 ,并对真空紫外辐射及其与原子氧复合作用的过程和反应机理做了初步的分析。得出结论 :真空紫外辐射作用下试样表面积累了碳而发生暗化 ,原子氧又将其漂白 ,这两种因素的复合作用 ,可能会使Teflon材料产生更为严重的剥蚀。     

Effects of Atomic Oxygen Irradiation on Transparent Conductive Oxide Thin Films

作为一种功能薄膜,透明导电氧化物(TCO)薄膜在飞行器的抗原子氧(AO)涂层和太阳能电池领域有着巨大的应用价值。ZnO:Al(ZAO)和In2O3:Sn(ITO)薄膜是目前研究和应用最广泛的TCO。本文对ITO薄膜和ZAO薄膜进行了不同通量的AO辐照。通过对辐照前后样品的X射线衍射、扫描电镜及霍耳效应的表征及测试,研究了AO辐照对这两种TCO薄膜的结构、性能及电学特性的影响。研究表明AO辐照对ZAO薄膜表面有明显的侵蚀作用,但对其结构和导电性能没有明显影响。对于ITO薄膜,随着AO通量的增大,其载流子浓度逐渐下降从而导致了电阻率的提高,电阻率的最大变化达到了21.7%。     

MOCVI制备Nextel 720/SiO2复合材

研究了MOCVI(MetalOrganicChemicalVaporInfiltration)方法制备Nextel720/SiO