高温抗氧化铱涂层复合制备技术展望

金属铱具有高熔点及低氧渗透率,是理想的氧气扩散屏障材料,为重要的高温抗氧化防护涂层材料之一,在航空航天领域具有广阔的应用前景。综述了目前较常采用的几种铱涂层制备技术的特点,在对比现有铱涂层制备方法的基础上,提出了原子层沉积/化学气相沉积复合制备技术。分析了该复合制备技术在铱涂层制备方面的优势,并指出发展原子层沉积/化学气相沉积复合制备技术尚需解决的几个关键问题。     

沉积位置对LPCVD SiC涂层微观结构的影响

采用低压化学气相沉积法( LPCVD)在炭纤维表面制备了SiC涂层,借助扫描电镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪对不同沉积位置SiC涂层的微观形貌和晶体结构进行了表征。 SEM结果表明,沿气流方向,涂层表面逐渐致密和均匀;SiC涂层为多层结构,这种多层结构的形成可能是由于反应中产生的HCl气体吸附在表面反应活性点,从而通过活性点的阻塞机制来阻止SiC晶粒的生长。 XRD结果表明,制备的涂层中存在自由碳,各位置处的SiC晶体在(111)晶面存在择优取向,且沿气流方向(111)晶面的取向性逐渐减弱,(220)和(311)晶面的取向性逐渐增加。拉曼光谱低段频谱(200~600 cm-1)的出现表明CVD涂层中存在一定的缺陷。     

沉积温度对CVD-SiC涂层显微结构的影响

介绍了采用化学气相沉积（CVD）方法在C/SiC复合材料表面制备SiC抗氧化涂层的情况.对不同工艺条件下制备出的SiC涂层,使用SEM,EDS和XRD分析了沉积层的物相和显微结构.结果表明：SiC涂层生长速度随沉积温度升高而升高,晶粒尺寸也随之增大;在较高沉积温度下,可以产生较大的沉积速度,但SiC涂层表面粗糙度将会增大.     

RB—SiC高致密、超光滑SiC表面改性涂层的制备

为了获得高质量光学表面的碳化硅反射镜,利用射频磁控溅射方法,在直径80mm的RB—SiC基片上沉积了厚约60μm的SiC致密改性涂层,使用传统机械抛光方法对改性层进行超光滑加工,并测试了改性前后的表面粗糙度。结果表明,抛光后SiC表面改性RB—SiC反射镜表面粗糙度均方根（rms）值达到了0．316nm。获得了具有较高...     

CVD-PyC界面层和SiC涂层厚度数学计算模型的建立与验证

建立了合适的化学气相沉积碳界面层厚度数学计算模型和SiC涂层厚度数学计算模型,并通过工艺实验对该模型进行了验证。结合实验结果分析,发现通过该模型计算出的化学气相沉积碳界面层厚度和SiC涂层厚度与SEM照片分析结果基本接近,因此可利用上述模型估算出C/SiC复合材料产品的化学气相沉积碳界面层厚度和SiC涂层厚度,快速评估C/SiC复合材料产品化学气相沉积质量能否满足实际工况使用要求。     

异形构件化学气相沉积SiC涂层的数值模拟

根据化学气相沉积(CVD)工艺制备SiC陶瓷涂层的工艺特点和典型异形构件的结构特点,建立了异形构件表面化学气相沉积SiC涂层的数学模型。利用该模型,对CVD法在典型异形表面制备SiC涂层进行了数值计算和分析。计算结果显示,带有斜面的构件对CVD SiC沉积过程有显著影响,在反应器大小允许的情况下,构件放置时,斜面与水平面的夹角越小越好,并尽可能将构件长的一面与水平面平行,这样有利于沉积的涂层均匀。此外,对于带有台阶的构件来说,正放的构件表面浓度大于倒放的构件,而浓度梯度则小于倒放的构件。因此,在实际应用中,应尽量使台阶部分放在气流的下游。上述研究结果对CVD工艺制备SiC涂层的优化具有一定的指导意义。     

静止轨道实孔径微波天线主反热控方案研究

为减小静止轨道高频率、大口径微波天线热变形,提高天线的指向精度,对国内外天线主反射材料和热控方案进行了分析,发现其材料较一致选用碳纤维蒙皮/碳纤维蜂窝夹层,主反表面涂覆合适吸发比的真空沉积铝(VDA)/Al2O3(SiOx)涂层,一方面保证天线电性能对反射率大于99.8%的需求,另一方面使天线整面在轨温度梯度和波动较小。建立口径5m天线的热仿真模型,分析了三种不同吸发比涂层的天线在不同典型工况下的温度场分布,结果表明采用涂层吸发比0.2/0.2的主反热变形较小。以碳纤维材料为基体,用真空蒸镀沉积的方法在其表面镀制不同厚度的银层和二氧化硅层,制备出吸发比约0.2/0.2的VDA/SiO2热控涂层,可用于形状较复杂的曲面,且涂层的发射率随保护层厚度可调,显著提高了热控设计的灵活性。     

AZO改性Y2O3-ZnO-Al2O3热控涂层性能分析

为解决铝合金表面液相等离子体电解氧化（PEO）涂层（Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃）导电性差而导致的静电效应,对其进行表面改性处理。采用原子层沉积（ALD）技术在铝合金表面PEO涂层原位沉积铝掺杂氧化锌（AZO）导电薄膜以提高PEO涂层的导电性。对AZO改性PEO涂层的相组成和表面微观结构进行分析;对不同沉积温度下所得复合涂层的电阻率、载流子浓度和迁移率,以及沉积前后的热控性能、耐腐蚀性进行测量分析。结果表明:AZO导电薄膜均质连续致密地沉积在PEO涂层表面;当沉积温度为150 ℃时,AZO@Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃复合涂层的电阻率为1.15×10-4 Ω·cm,载流子浓度为1.8×1020 cm-3,太阳吸收比为0.409,发射率为0.892,且抗电化学腐蚀性能良好,能够满足航天器热控涂层在空间环境应用的技术要求。     

栅格翼防热涂层结构及制造工艺研究

确定了栅格翼防热涂层结构和制备工艺。涂层结构为：“等离子喷涂铝包镍涂层+等离子喷涂氧化铝涂层+高温耐热胶层”，涂层的制备工艺包括吹砂、底层喷涂、氧化铝喷涂。介绍了高温耐热胶的研制过程和栅格翼防热涂层经受发动机喷流试验的情况。     

炭／炭复合材料SiC-MoSi2／SiC涂层结构及防氧化性能研究

采用包埋法、料浆法与化学气相沉积法相结合制备了防止炭/炭复合材料在高温下氧化的SiC-MoSi2/SiC涂层。借助SEM、EDS及XRD等测试手段对涂层的微观形貌、元素分布和相组成进行了观察与分析。涂层试件的氧化试验结果表明,所制备的SiC-MoSi2/SiC涂层炭/炭复合材料试样经1 500℃氧化20 h后氧化失重率仅为2.8%。涂层的防氧化失效主要是由于涂层中形成穿透性缺陷引起的。     

Co-deposition of Ir-containing Zr coating by double glow plasma

Ir–Zr co-deposition coatings with 71 at% Zr were deposited on graphite by double glow plasma at 1073–1123 K. The structure and composition of the coatings were confirmed by FE-SEM, XRD, XPS and EDS. The hardness and the elastic modulus of the coatings were estimated by nanoindentation instrument. The adhesion strength between the coating and the substrate was evaluated by a scratch tester. The results showed that the coating was composed of nanocrystalline grains with a size of 80–90 nm compared with 0.5 μm for the pure Ir coating. The fine grains of the coatings might be attributed to the additional Zr element. New phases IrZr and ZrC were formed due to the high content of Zr and high deposition temperature. The hardness and elastic modulus of the coatings were about 7.5 GPa and 388 GPa, respectively. The adhesive force between the coating and the substrate was about 10 N.     

羽流污染对某型号卫星热控涂层的影响分析

文章以某卫星热控涂层的污染研究为目的,针对20N轨控推力器,在推力器羽流流场模拟的基础上,结合污染沉积过程模拟,计算获得了卫星在轨运行期间热控涂层表面的污染沉积膜的厚度,分析了热控涂层太阳吸收率的退化情况。     

界面改性对混杂基C/SiC复合材料性能的影响

通过界面设计与实验研究,对C/SiC材料进行C/SiC/C多层涂层界面处理,实现了保护纤维和提高复合材料韧性及调节机械性能的多重目的.同时还研究了界面涂层前后纤维表面处理对复合材料性能的影响,结果表明,对增强体进行界面涂层处理和"酸处理",适当强化弱界面,起到了提高复合材料高温强度保留率和增韧的目的,酸处理+CVD-C/SiC/C界面涂层的C/SiC 复合材料的高温强度保留率达到90%;进行了C/SiC/C界面涂层的C/SiC 复合材料的断裂韧性高达20.72 MPa·m1/2,较未进行界面涂层的C/SiC 复合材料的断裂韧性提高了31.8%.     

溶胶-凝胶法二氧化硅增透膜的制备与研究

利用正硅酸乙酯为前驱体,乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备二氧化硅增透膜,并结合正交试验设计的方法,分析了试验的最佳原料配比以及影响二氧化硅增透膜性能的主要因素。用紫外-可见光分光光度计测定了二氧化硅增透膜的透光率。实验研究结果显示:以盐酸为催化剂在普通玻璃上制备的增透膜,可使透光率平均提高约3%;膜层结构为非晶态;正硅酸乙酯和水的含量是主要影响因素。     

空间卫星红外辐射灵敏度分析

考虑卫星本体表面包覆绝热材料的实际物理状态,根据数值传热学和有限容积法建立了目标表面温度场和红外辐射计算模型.建立卫星结构模型,基于热控涂层性能退化,提出红外辐射灵敏度概念,并建立了卫星红外辐射灵敏度计算模型.对在轨飞行卫星的瞬态温度场进行数值模拟,与遥测数据对比分析.最后,分析了空间卫星的红外辐射和红外辐射灵敏度.结...     

空间原子氧环境对航天器表面侵蚀效应及防护技术

文章阐述了空间原子氧环境及其对航天器表面的侵蚀机理、损伤效应、防护方法,介绍了北京卫星环境工程研究所在原子氧防护技术研究方面取得的进展。过去5年里,该所采用物理气相沉积、溶胶-凝胶化学等方法制备了原子氧防护涂层,并对涂层样品进行了环境适应性评估试验,获得了初步的研究结果。结果表明这些样品均表现出很好的抗原子氧性能。     

Spherule beds 3.47-3.24 billion years old in the Barberton Greenstone Belt,South Africa: a record of large meteorite impacts and their influence on early crustal and biological evolution

Four layers, S1-S4, containing sand-sized spherical particles formed as a result of large meteorite impacts, occur in 3.47-3.24 Ga rocks of the Barberton Greenstone Belt, South Africa. Ir levels in S3 and S4 locally equal or exceed chondritic values but in other sections are at or only slightly above background. Most spherules are inferred to have formed by condensation of impact-produced rock vapor clouds, although some may represent ballistically ejected liquid droplets. Extreme Ir abundances and heterogeneity may reflect element fractionation during spherule formation, hydraulic fractionation during deposition, and/or diagenetic and metasomatic processes. Deposition of S1, S2, and S3 was widely influenced by waves and/or currents interpreted to represent impact-generated tsunamis, and S1 and S2 show multiple graded layers indicating the passage of two or more wave trains. These tsunamis may have promoted mixing within a globally stratified ocean, enriching surface waters in nutrients for biological communities. S2 and S3 mark the transition from the 300-million-year-long Onverwacht stage of predominantly basaltic and komatiitic volcanism to the late orogenic stage of greenstone belt evolution, suggesting that regional and possibly global tectonic reorganization resulted from these large impacts. These beds provide the oldest known direct record of terrestrial impacts and an opportunity to explore their influence on early life, crust, ocean, and atmosphere. The apparent presence of impact clusters at 3.26-3.24 Ga and approximately 2.65-2.5 Ga suggests either spikes in impact rates during the Archean or that the entire Archean was characterized by terrestrial impact rates above those currently estimated from the lunar cratering record.     

氧化锌半导体薄膜在原子氧探测中的应用

氧化锌半导体薄膜是用于空间原子氧探测的一种敏感材料。采用脉冲激光沉积方法（PLD）在（001）取向的蓝宝石基底上制备出了高质量的氧化锌薄膜,并在地面原子氧模拟设备中考察了其原子氧敏感特性。结果表明,氧化锌薄膜对原子氧有较好的敏感特性,并且在受热后导电性能可以恢复,满足重复探测的要求。