Kapton抗原子氧侵蚀的Al2O3涂层研究

在原子氧侵蚀地面模拟设备中对Kapton和利用反应溅射制备的Al2O3涂层进行了原子氧暴露实验，并采用XPS和SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究。结果表明，Kapton试样遭受了严重的侵蚀，质量损失较大；Al2O3涂层质量变化很小，对基体提供了良好的保护作用。XPS分析结果表明，Kapton的羰基与原子氧作用时形成CO2，随后CO2气体脱附。反应溅射的Al2O3涂层是富Al的，初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加，随时间延长，涂层变得完全符合化学计量。     

ITO/Kapton/Al薄膜材料空间微小碎片与原子氧综合作用试验研究

空间微小碎片与原子氧作用对带防护涂层材料的性能有较大影响。文章针对ITO/Kapton/Al薄膜进行了微小碎片与原子氧综合作用的试验研究。结果表明:微小碎片与原子氧作用后,薄膜表面损伤严重,质量损失明显;综合作用和单独碎片撞击造成材料太阳吸收比的退化程度一致;综合作用造成ITO/Kapton/Al表面In、Sn含量降低,C含量低于单独碎片作用样品。     

固体材料的空间环境摩擦试验

为了开展在模拟空间环境下材料摩擦学性能的研究,利用自行研制的空间环境摩擦试验装置,进行了几种固体材料在超高真空、交变温度和辐照（原子氧、紫外）等环境下的摩擦试验。试验结果表明:与大气环境下相比,PTFE、PI、MoS₂/PI粘结涂层和离子镀Ag薄膜在≤5×10-4 Pa真空环境中的摩擦系数发生了明显变化;高低温对离子镀Ag薄膜在真空中的摩擦系数有显著影响,而对溅射MoS₂薄膜的摩擦系数影响不明显;原子氧和紫外辐照导致PI、Kapton、PTFE和MoS2/PI粘结涂层等的真空摩擦系数显著改变。     

航天器薄膜材料在原子氧环境中退化研究

文章对Kapton材料及镀膜Kapton材料进行了原子氧环境实验研究。通过采用SEM、XPS、光谱计、微量电子天平、高阻计对实验前后的样品进行了表面形貌、表面成分、太阳吸收率、质损、表面电阻率的分析和表征,对于Kapton材料及镀膜Kapton材料在原子氧环境效应下的退化规律有所认识。     

地面模拟空间环境下磷酸盐涂层的摩擦学行为

针对有机类固体润滑防护涂层长期暴露在空间环境下涂层表面降解、致密性下降、润滑作用失效等问题,设计开发了改性磷酸盐黏结固体润滑防护涂层。通过地面模拟空间综合环境设备系统,分析了改性磷酸盐黏结固体润滑防护涂层在长时间紫外、原子氧、高能质子和电子辐照后的结构变化和真空摩擦学性能。结果表明:紫外和高能粒子辐照对改性磷酸盐黏结固体润滑涂层的力学和真空摩擦磨损性能均无影响;原子氧对涂层表面的二硫化钼具有一定的氧化作用,但并未影响涂层的摩擦磨损性能,涂层经过各种辐照后仍然表现出良好的润滑作用。该涂层有望应用于航天飞行器相关运动部件的润滑与防护。     

一种等离子体鞘层加速的质子辐照新方法

文章提出一种利用等离子体鞘层加速模拟质子辐照的新方法。在真空室中通过射频-电感耦合的方法产生氢等离子体,将脉冲负高压施加在热控涂层样品上,利用氢等离子体鞘层加速技术实现样品的质子辐照,并研究了质子辐照对聚酰亚胺（Kapton）薄膜光学透过率、表面形貌以及表层化学结构的影响。结果表明:质子辐照后,样品的透过率下降,脉冲电压值越高和辐照时间越长,则透过率下降越多;AFM结果显示,样品表面“手指状”突起随着脉冲电压的增加呈现先增加后变化较小的趋势;XPS分析表明,辐照后样品的化学结构发生了变化,包括C—N键、C—O键以及C＝O键的断裂,以及一些新键的形成。     

近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层 导电性能的退化效应

文章通过试验研究了近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层ITO/Kapton/Al、ITO/F46/Ag的导电性能的影响,给出了它们的导电性能退化规律,利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）对近紫外辐照后的涂层表面形貌和成分进行了分析,探讨了近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层导电性能退化的机理。     

极轨航天器多层外表面充放电效应试验研究

利用空间带电粒子辐照试验台进行了太阳同步轨道航天器多层组件表面充放电试验,研究了常规与导电型(带ITO镀层)两种Kapton/Al薄膜在受到带电粒子辐照后的充放电情况和外观变化情况。试验结果表明,对于在近极地轨道运行的航天器,带ITO镀层的导电型Kapton/Al薄膜能够有效释放电荷、降低多层组件外表面对航天器地的电位差,本身不会形成放电损伤,比常规Kapton/Al薄膜更适合作为航天器多层外表面热控涂层。     

下期要目

空间原子氧环境对航天器表面侵蚀效应及防护技术90keV电子辐照对Kapton H薄膜化学结构的影响真空紫外辐照对环氧基纳米复合材料电阻性能的影响研究(英文)分子污染光学效应试验研究舱外航天服热试验外热流模拟方法研究多轴振动试验系统传递函数估计的数值仿真研究航天员出舱活动     

原子氧环境对有保护Kapton材料基蚀作用的研究

研究了低地球轨道原子氧环境对有环境Kapton材料的基蚀作用。采用蒙特卡罗方法模拟了原子氧Kapton材料的作用过程，模拟结果与长期暴露装置（LDEF）试验数据基本符合。结果表明，保护层缺陷尺寸对基蚀形状影响较大，决定了基蚀深度的大小，同时，考虑了非理想镜面反射作用对基蚀形状的影响。     

原子氧辐照对MoS_2/酚醛环氧树脂粘结固体润滑涂层摩擦磨损性能的影响

为了揭示低地球轨道环境中的原子氧对粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响,制备了MoS2/酚醛环氧树脂粘结固体润滑涂层,并在原子氧地面模拟没备中对其进行辐照.采用球盘摩擦试验机考察了辐照前后涂层的摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱仪(xPs)分析了辐照对涂层表面结构和组成的影响.研究发现,原子氧辐照增大了涂层的摩擦系数,降低了其耐磨性.表面结构和组成分析表明,原子氧辐照引起涂层中固体润滑剂MoS2发生部分氧化和粘结剂发生部分降解,使得涂层表面的O含量显著增大,而C含量明显降低.原子氧辐照引起的涂层表面结构和组成的变化是其改变粘结固体润滑涂层摩擦学性能的主要原因.     

样品温度对原子氧环境下ITO/Kapton/Al涂层性能变化的影响

文章利用原子氧环境地面模拟设备对航天器用材料ITO/Kapton/Al开展了原子氧环境试验研究。研究中选择的原子氧积分通量为9.1×1019 atoms/cm2,试验真空度为10-2 Pa量级,样品温度分别选取为25℃、70℃、100℃、120℃和150℃,研究样品温度对原子氧环境模拟试验可能造成的影响。试验后利用高精度微量电子天平对样品进行了质量损失测试并计算了材料的反应率,利用TEMP 2000A便携热发射率测试仪和LPSR 300便携光谱太阳吸收率测试仪分别对样品的发射率和太阳吸收比进行了测试。通过试验及分析发现:ITO膜对基底材料的保护较好,材料在试验后质量损失较少,原子氧反应率较低;样品温度的变化对ITO/Kapton/Al材料的质量损失影响较小,但对材料的热物理性质影响较大。     

长寿命卫星热控涂层性能退化及其对卫星热特征的影响

分析了卫星热控涂层在轨运行时所面临的复杂的空间辐照环境,在国 内外试验数据的基础上,给出了热控涂层在空间辐照环境作用下的退化模型,得到了退化前 后热控涂层光学性能变化的表达式,预测了几种常用热控涂层在空间环境下的退化结果。并 以一颗地球同步轨道模拟星为例,分析热控涂层性能退化对卫星热特征尤其是对卫星红外辐 射特性的影响。
     

原子氧防护涂层的研究

空间材料暴露在原子氧环境中,材料表面会受到原子氧的攻击造成表面衰退,引起材料氧化和质量损耗,甚至会导致材料失效,从而减少飞行器寿命,研究发现:大多数聚合物和复合材料对原子氧敏感;金属中的银、锇易被氧化,这主要是有机物多含碳、氢、氧、氮等元素,它们具有较高的反应效率,生成挥发物;银、锇的反应速率快,通常生成氧化物,能够观察到宏观变化。因此,对飞行器上常用的材料进行防护是十分必要的,不同的材料有不同的防护方法,本文主要介绍了常用Kapton、石墨/环氧树脂等结构材料的防护,对功能材料如光学材料、热控涂层等的防护也作了介绍。研究表明:材料的氧化多发生在粗糙表面,而均化层的利用可覆盖材料表面的凸起和裂缝,提供光滑的表面。此外,文章还对涂层厚度与原子氧通量的关系、涂层厚度与产生的表面缺陷形状的关系作了定性分析和讨论。     

s781热控涂层光学特性电子辐照退化模型研究

文章在分析电子辐照对zno类热控涂层光学性能退化机理的基础上,提出了单分子层电子色心产生模型,推导了色心浓度表达式及材料光学性能退化随辐照剂量的变化关系.用该理论对100kev电子辐照下s781白漆太阳吸收比变化△αs的试验数据的拟合结果表明,单分子层模型能够很好地预测zno类热控涂层在电子辐照环境下光学特性退化趋势.该理论可扩展到其它热控材料在空间不同辐射环境下光学性能退化趋势的理论预测.     

S781白漆电子辐照后光学性能退化的恢复与保护

为了深入认识和抑制航天器材料空间辐照损伤在地面环境中的恢复,在模拟的空间环境下对S781白漆进行了90keV电子辐照试验。研究了电子辐照后,试样分别在真空环境下、真空室注入空气后和空气中储存几小时后辐照诱发的光谱反射系数和太阳吸收比的变化。结果表明,S781白漆光学性能退化的恢复主要发生于与空气接触的数分钟内。此外,液氮环境对S781白漆的电子辐照损伤和光学性能退化具有保护作用。液氮的保护机制不仅在于它抑制了氧在材料表面的化学吸附,还在于它对辐照诱发缺陷的冻析效应。     

带电粒子辐照对热控涂层的光学性能退化影响

带电粒子辐照将引起材料折射率和消光系数的变化。文章首先介绍了带电粒子在热控涂层中的剂量深度分布,接着利用渐变折射率概念建立了剂量深度分布和材料折射率与消光系数的关系,给出了热控涂层光学性能变化的分析模型,最后对这一理论的应用进行了讨论。     

中高轨道卫星热控涂层太阳吸收比退化快速估算方法

根据中高轨道卫星热控涂层温度变化的周期性规律,提出了一种基于待定系数方法的热控涂层在轨性能变化估算方法,此方法仅利用温度数据,不需要卫星光照角、材料热容量等其他参数,降低了以温度反演热控涂层在轨性能变化的参数要求和计算难度。利用该方法,在参考了现有的卫星光学太阳反射镜(Optical Solar Reflector, OSR)太阳吸收比退化的在轨数据和地面试验数据的前提下,同时为计算数据的稳定性,文章估算了某卫星在轨运行580天至1670天约3年的时间里,卫星上OSR的太阳吸收比在轨性能变化情况,结果显示某卫星OSR在约3年的时间里,太阳吸收比仅增加了不到0.01,具有很好的稳定性。     

表面缺陷对原子氧掏蚀效应影响的数值模拟研究

Kapton作为基底的热控涂层被广泛应用于航天器的外表层设计中,表面保护层中缺陷处所发生的掏蚀效应是近地轨道空间飞行时原子氧对此类热控材料作用的一种主要方式.文章通过蒙特卡洛方法研究了这些尺寸参数与原子氧效应之间的关系.结果表明,保护层缺陷的宽度直接影响进入缺陷内的原子氧的数量,空腔的"颈部"宽度与空腔最大宽度之比随着缺陷宽度增加,掏蚀深度的增加速度则随着缺陷的加宽而变小;保护层厚度主要对初次入射原子氧的入射过程有影响,加厚保护层可以减小原子氧的掏蚀深度和掏蚀空腔的宽度.这些结果可为原子氧防护层的设计提供参考依据.     

ZnO粉末质子辐照损伤效应

文章研究了90keV质子辐照作用下ZnO粉末的辐照损伤机制。ZnO粉末的质子辐照损伤方式以电离效应为主,质子辐照后ZnO粉末表面产生大量的氧空位型缺陷(Vo**,Vo*和Vo)。氧空位型缺陷的产生是ZnO粉末光谱反射系数下降的主要原因。实验结果表明:质子辐照下,ZnO粉末光学性能退化主要发生在可见光区,在红外区间ZnO粉末光学性能退化不明显。