卫星热控涂层地面模拟试验与在轨验证比对分析

卫星在轨运行期间,热控涂层要经受空间复杂环境效应的影响,其光学和热控性能逐渐下降,影响卫星可靠性和寿命。本文利用卫星搭载技术,完成热控涂层5年的在轨试验,验证空间多因素环境对热控涂层的影响。同时,利用地面模拟试验装置,模拟空间质子、电子、紫外等5年的辐照剂量对热控涂层的作用。对在轨试验结果进行解读和分析,并与地面模拟试验结果进行比对。结果显示,在搭载试验和地面试验前,热控涂层太阳吸收比（α_s）为0.12,经5年在轨搭载试验后,α_s退化为0.23。经地面模拟试验后,α_s退化为0.22。搭载试验和地面试验的热控涂层性能均呈现线性退化规律,表明在确定的轨道环境和固定的剂量率条件下,热控涂层的退化与环境作用时间正相关,同时验证了地面试验的有效性。     

涡轮叶片多层结构热障涂层隔热效果分析

为了获得叶栅流场作用下涡轮叶片热障涂层隔热性能,建立了带多层结构热障涂层的高压涡轮导叶模型,采用热流耦合方法计算热障涂层系统温度场,对叶片不同部位的涂层隔热效果,以及厚度和主流进口温度对隔热效果的影响进行研究。结果表明:涂层实际隔热效果在叶片吸力面最好,在尾部最差,在压力面沿顺流方向渐好。虽然涂层表面温度不同,但涂层内部的温降幅度与涂层表面温度的相关性不大,在吸力面涂层内部的温度降幅斜率最大,在尾部最小。隔热面层厚度每增加0.1 mm使合金平均温度约降低30℃。涂层隔热效果对主流进口温度较敏感,主流进口温度的变化与基底合金温降指标变化呈线性关系。     

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。     

等离子体鞘层加速模拟质子辐照连续谱 数值仿真研究

质子辐照是导致空间飞行器热控涂层性能衰退的重要原因。目前地面多采用单一能量的粒子替代空间能量连续分布的粒子来开展质子辐照模拟试验。文章提出了在一个脉冲宽度内获得连续能量质子谱的方法,即脉冲偏压等离子体鞘层加速方法。文章利用细胞粒子（particle-in-cell,PIC）模型对在3种脉冲偏压三角波作用下等离子体鞘层加速质子以获得连续能量质子谱的动力学过程进行了数值仿真研究,分析了3种脉冲三角波形对鞘层扩展、离子加速及能量分布的影响。结果表明,电势空间分布和离子运动状态紧密联系,鞘层内离子密度变化受到脉冲波形和离子热扩散运动的综合影响,通过调整脉冲偏压三角波形,能够获得不同的能量-剂量分布,从而为下一步工作打下基础。     

热障涂层的残余应力分析

建立了热障涂层结构的残余应力计算公式,分析了陶瓷层和氧化层弹性模量、热膨胀系数及其厚度的变化对残余应力的影响.结果表明:陶瓷层和氧化层的面内残余应力均为压应力,其数值与温降成正比;自身弹性模量越高或热膨胀系数越小,陶瓷层或氧化层的残余应力越大;厚度变化对残余应力的影响很小;典型情况下陶瓷层的室温残余应力接近300 MPa,明显低于大块陶瓷材料的抗压强度.这些结果对分析热障涂层结构的失效机制有指导意义.      

浆料-烧结法制备ZrB2-SiC-B4C涂层及性能研究

通过浆料刷涂-烧结法在Cf/SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC-B4C超高温陶瓷涂层,研究了浆料中粉末填料、稀释剂的质量分数及高温烧结温度对涂层形貌、成分和相组成的影响。结果表明:当粉末填料与树脂质量比为1∶1、稀释剂与树脂质量比为1∶2、高温烧结温度为1 500℃时,在Cf/SiC表面可形成致密、结合力强的ZrB2-SiC-B4C涂层。涂层内部相组织均匀,Ra1μm,孔隙率约为4. 2%,平均拉伸剪切强度约为5. 4MPa。1 500℃等温氧化30 h后,有涂层Cf/SiC复合材料的失重率约为10. 7%,涂层表面形成了完整的含有ZrO2-SiO2的复合氧化膜,为基体提供了有效的氧化防护。这说明Cf/SiC复合材料表面涂覆ZrB2-SiC-B4C涂层有望满足高温燃流环境的使用要求。     

等离子喷涂工艺参数对GdPO4热障涂层组织结构和结合强度的影响

随着航空发动机涡轮进口温度提升,目前最广泛使用的Y₂O₃部分稳定ZrO₂(YSZ)热障涂层(TBCs)已难以满足需求,亟须发展新一代超高温TBCs。GdPO₄是一种极具应用前景的TBCs材料。本工作采用等离子喷涂方法制备GdPO₄/YSZ双陶瓷层结构TBCs,研究喷涂工艺参数特别是喷涂功率对GdPO₄陶瓷涂层相组成、表面形貌、微观结构以及结合强度的影响。结果表明:等离子喷涂GdPO₄过程中会有元素P损耗,得到的涂层除了GdPO₄外,还有一些Gd₃PO₇相;随着喷涂功率降低,Gd₃PO₇相含量减少;GdPO₄陶瓷涂层的主体结构由充分熔融的喷涂粒子堆垛构成,其中镶嵌有未熔化粒子构成的微区;随着喷涂功率降低,未熔化微区增多,涂层厚度降低;GdPO₄/YSZ TBCs的结合强度随喷涂功率降低而减小,主要是由于未熔化微区增多降低了涂层的内聚力;因此,低喷涂功率不利于涂层的结合强度。     

热障涂层NiAl黏结层掺杂改性研究现状

目前,航空发动机和燃气轮机的使用温度均已超过1000℃,传统黏结层材料MCrAlY的性能逐渐无法满足需求.NiAl具有熔点高、密度低、成本低和抗氧化性能优异等特点,因此有很大的应用潜力.然而NiAl高温强度低,氧化层附着性较差,需要对其掺杂改性以提高NiAl的高温性能,主要包括掺杂铂族元素(Pt、Ru、Pd等)和活性元...     

碳／碳复合材料表面沉积SiC的形态和成分

在ＰＡＮ碳布和沥青基体碳的Ｃ／Ｃ复合材料表面涂复了ＳｉＣ。用ＣＨ４和Ｎ,为载气的ＳｉＣｌ４作原料,用Ｈ２为稀释气,在两种气体混合比和三种温度下化学气相沉积ＳｉＣ涂层。分析表明,涂层的主要元素有Ｃ,Ｓｉ、Ｃｌ和微量Ｃａ。电镜观察表明,涂层中Ｃ原子含量为６２％时呈菜花状或云团状,而当Ｃ／Ｓｉ比接近于１时,表面呈菠萝状。     

1种低红外发射率涂层耐热性能研究

为有效降低飞行器高温部位表面的红外发射率,以改性有机硅为黏结剂体系、金属铝粉为主要填料,制备了在8~14μm波段具有较低红外发射率的涂层。在50~400℃温度范围内考察了涂层的耐热性能,并采用扫描电镜、TGA等手段对其进行表征,研究了涂层的红外发射率、光泽度和力学性能随温度的变化规律及影响机理。结果表明:制备的涂层在300℃以下具有良好的力学性能,可长期使用,在8~14μm波段的红外发射率与温度成反比,光泽度与温度成正比;当环境温度高于300℃,涂层开始发生热降解现象,光泽度降低,涂层的力学性能降低。