CN1049733C - 热控涂层材料的“原位”测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种涉及航天器用热控材料的“原位”测试方法，属于热控材料真空—紫外辐照测试方法领域。“原位”测试的含义是在地面模拟宇宙空间环境的真空—紫外辐照后不将试样取出而直接进行光性太阳吸收比测定。本发明提供的方法包括被测试样真空玻璃封管的制作，用真空封管进行真空—紫外辐照以及在积分球仪上进行不同辐照强度下光性太阳吸收比的测定。本发明允许多只样品同时进行辐照试验，辐照强度易于调节并无样品间交叉污染。
Description
本发明涉及航天器用热控材料进行真空——紫外辐照试验的测试方法，更确切地说涉及地面模拟试验的“原位”测试方法，属于热控材料真空——紫外辐照测试方法的领域。
航天器在宇宙空间飞行过程中，将直接受到宇宙环境中各种因素的作用。其中太阳紫外辐照环境是影响暴露于航天器表面的热控材料光学性能的最重要因素。因此在地面模拟宇宙空间环境的真空——紫外辐照，就成为热控材料研制和鉴定的最主要的环境试验手段。
较早期采用的方法是将样品置于真空中进行紫外辐照，然后将样品取出在大气中进行光性测试。这是一种非“原位”的测试方法。后来发现，许多热控涂层材料在真空中紫外辐照变色，在空气中会很快褪色，即存在“回复”现象。因此渴望寻找一种能在真空中进行“原位”测试的方法。
另一种试验方法虽能进行“原位”测试，但是获得真空和维持真空都采用油扩散泵。因而存在严重的油脂蒸汽污染试样的问题，试验结果受到很大的影响，特别是对于长期辐照试验，影响就更大。
为了解决“原位”测试和油蒸汽污染的问题，国外建立了大型试验设备，将光性测试系统放入大型真空腔体内。同时配置了大型的无油真空系统。这就需要巨大的投资和试验运行费用。据文献“Ultroviolet IrradiationEffects on Candidate Spacelab Themal Control Coatings”，(J.Spacecraft，Vol.17，No.6，1980)介绍欧联(ESTEC)的一台环境试验设备。真空容器为直径7.4米，高为4.5米的不锈钢圆筒。通过两个机械泵和一个涡轮分子泵获取真空，并带有液氮屏蔽。真空度达1.3×10-5帕。曾进行过一个当量太阳常数下600当量太阳小时的试验，以及2个当量太阳常数下300当量太阳小时的试验。由于设备庞大，不但建设投资很大，而且运行成本高，不可能进行更长时间的试验。
由此可见，如可在地面用简单方法模拟宇宙空间环境的真空——紫外辐照，进行热控材料光学性能的“原位”测定就成为热控材料研制者长期追求的目标。
本发明的目的在于是提供一种真空——紫外模拟试验的方法，既满足“原位”测试的要求，又具有无油蒸汽污染、投资少，运行费用低廉等特点。
由本发明提供的“原位”测试方法包括被测试样真空玻璃封管的制作、用真空封管进行真空——紫外辐照，以及积分球上光性太阳吸收比测定等过程。具体详述如下：
(1)首先将被测试样装入端面为石英玻璃窗口的真空玻璃封管7中，如图1所示。图中1为石英窗口，2为被测样品，3为普通弹簧，用以压紧样品，使样品与石英窗口贴紧，4是直径为20～60毫米的玻璃管，用以安放弹簧3和样品2，在玻璃管的另一端接上装有吸气剂的玻璃排气管5和电离计管6，接入由机械泵和涡轮分子泵组成的无油真空系统进行烘烤排气。玻璃管烘烤温度350～450℃，时间为24～48小时。排气结束时，系统压力达到10-3帕以下。将样品管与系统封离，然后将吸气剂蒸散。整个辐照试验过程中，管内压力维持在10-2～10-3帕以下。
(2)将上述装有试样的真空封管置于紫外辐照试验台上，让样品垂直指向紫外光源如图2所示。图中8为紫外光源，7为试样的真空封管。调节样品与紫外光源的距离，可以改变紫外辐照强度。每隔一定辐照时间后，在积分球上进行一次光性测定。测定后，将装有试样的真空封管放回试验台，继续进行辐照，直到紫外辐照剂量达到要求为止。整个辐照试验过程中靠钡钛或钛锆吸气剂蒸散使管内压力维持在10-2～10-3帕以下，从而达到在地面模拟宇宙空间环境的真空—紫外辐照的“原位”测试的目的。从而可以获得各类热控材料的光性与紫外辐照剂量间的“原位”关系曲线。
本发明提供的测试方法具有以下优点：
1、由于采用了“原位”测试技术，保证了测试结果的可靠性。
2、由于避免了油蒸汽污染的影响，大大提高了紫外辐照试验结果的准确性。
3、由于采用了吸气剂维持真空，省去了辐照试验时真空系统运行的费用，而且特别安全可靠，没有中途真空被破坏的危险。这对于长期辐照试验的意义特别重大。原则上，试验的时间不受限制。
4、由于试样在小型轻便的玻璃封管中，易于装拆，在台式积分球上进行光性测试时，操作容易，准确性高。
5、易于在紫外辐照试验过程中随时对试样的光性进行测定，因而可能对试样光性变化的规律进行研究。
6、允许多只样品同时进行辐照试验，各样品之间没有交叉污染。
7、各试样的紫外辐照强度易于调节，可以相同，也可以不同。样品还可以随时更换或增减。
附图说明：
图1 是本发明玻璃真空封管结构示意图。
图2 是本发明用真空封管进行真空—紫外辐照时的示意图。
用本发明提供的方法已经对二十多种热控涂层材料，包括光亮阳极氧化铝热控涂层、黑色阳极氧化铝热控涂层、铈玻璃镀铝二次表面镜热控涂层、铈玻璃镀银二次表面镜热控涂层、电镀金热控涂层、抛光铝溅射SiO2热控涂层、F46塑料镀铝二次表面镜热控涂层等进行了光性-紫外辐照剂量之间关系的测定，从而为热控材料在空间的稳定性提供了关键数据。
下面结合实施例进一步说明本发明的实质。
实施例1.光亮阳极氧化铝热控涂层的测试
取Φ18毫米的热控涂层样品，按图1所示，放在直径为24毫米的玻璃管中，选用合适的弹簧3，使涂层2与石英玻璃窗口紧紧贴住，玻璃管烘烤温度为380～430℃，时间为30小时，排气结束时系统的压力小于10-3帕。蒸散钡钛吸气剂。然后将装有试样的真空封管放在图2所示的位置，使试样垂直指向紫外光源。通过调节样品与紫外光源的距离，可以改变紫外辐照强度。整个辐照试验过程中，管内压力维持在10-2～10-3帕以下。在积分球仪上进行太阳吸收比的测定。结果列于表1。
表1
| 样品8 | 样品4 0-1 | 样品8 5-2 | |||
| 紫外剂量ESH | 太阳吸收比αs | 紫外剂量ESH | 太阳吸收比αs | 紫外剂量ESH | 太阳吸收比αs |
| 0 | 0.13 | 0 | 0.14 | 0 | 0.15 |
| 190 | 0.14 | 200 | 0.15 | 192 | 0.15 |
| 540 | 0.14 | 450 | 0.16 | 384 | 0.16 |
| 930 | 0.14 | 1590 | 0.17 | 1048 | 0.16 |
| 1300 | 0.14 | 1960 | 0.16 | 1960 | 0.16 |
| 1550 | 0.14 | 2410 | 0.16 | 2976 | 0.16 |
| 3270 | 0.17 | 4048 | 0.16 | ||
| 4700 | 0.18 | 4816 | 0.16 | ||
| 6320 | 0.18 | 5992 | 0.18 | ||
| 7152 | 0.18 | ||||
| 8000 | 0.18 | ||||
实施例2.黑色阳极氧化铝热控涂层
取Φ19毫米的热控涂层样品，按图1所示，放在直径为25毫米的玻璃管中，选用合适的弹簧3，使涂层2与石英玻璃窗口紧紧贴住，玻璃管烘烤温度为370～420℃，时间为35小时，蒸散钛锆吸气剂其余同实施例1。结果列于表2。
表2
| 样品11-2 | |
| 紫外剂量 ESH | 太阳吸收比αs |
| 0 | 0.948 |
| 660 | 0.949 |
| 1680 | 0.949 |
| 2750 | 0.949 |
| 3480 | 0.950 |
| 4680 | 0.949 |
| 5860 | 0.949 |
| 6710 | 0.950 |
实施例3、铈玻璃镀铝二次表面镜热控涂层
取Φ18毫米的热控涂层样品，按图1所示，放在直径为25毫米的玻璃管中，选用合适的弹簧3，使涂层2与石英玻璃窗口紧紧贴住，玻璃管烘烤温度为360～410℃，时间为32小时，其余同实施例1。结果列于表3。
表3
| 样品75C-2 | 样品77C-3 | ||
| 紫外剂量ESH | 太阳吸收比αs | 紫外剂量ESH | 太阳吸收比αs |
| 0 | 0.120 | 0 | 0.155 |
| 200 | 0.118 | 495 | 0.154 |
| 450 | 0.118 | 1527 | 0.155 |
| 820 | 0.125 | 2847 | 0.155 |
| 1590 | 0.127 | 5381 | 0.159 |
| 1960 | 0.107 | 8181 | 0.159 |
| 2410 | 0.115 | ||
| 3230 | 0.116 | ||
| 4770 | 0.122 | ||
| 6320 | 0.125 | ||
| 7680 | 0.123 | ||
实施例4、铈玻璃镀银二次表面镜热控涂层
取Φ18毫米的热控涂层样品，按图1所示，放在直径为25毫米的玻璃管中，选用合适的弹簧3，使涂层2与石英玻璃窗口紧紧贴住，玻璃管烘烤温度为350～400℃，时间为32小时，其余同实施例1。结果列于表4。
表4
| 样品4G | |
| 紫外剂量ESH | 太阳吸收比αs |
| 0 | 0.073 |
| 150 | 0.071 |
| 300 | 0.074 |
| 450 | 0.071 |
| 730 | 0.077 |
| 1590 | 0.077 |
实施例5、电镀金热控涂层
取Φ18毫米的热控涂层样品，按图1所示，放在直径为25毫米的玻璃管中，选用合适的弹簧3，使涂层2与石英玻璃窗口紧紧贴住，玻璃管烘烤温度为350～400℃，时间为32小时，其余同实施例1。结果列于表5。
表5
| 样品Au2-2 | |
| 紫外剂量 ESH | 太阳吸收比αs |
| 0 | 0.290 |
| 180 | 0.273 |
| 380 | 0.295 |
| 840 | 0.277 |
| 1900 | 0.278 |
| 2880 | 0.273 |
| 4000 | 0.273 |
| 5940 | 0.269 |
| 6170 | 0.268 |
| 8050 | 0.272 |
6、抛光铝溅射SiO2热控涂层
取Φ18毫米的热控涂层样品，按图1所示，放在直径为25毫米的玻璃管中，选用合适的弹簧3，使涂层2与石英玻璃窗口紧紧贴住，玻璃管烘烤温度为350～400℃，时间为32小时，其余同实施例1。结果列于表6。
表6
| 样品SiO2-1 | |
| 紫外剂量 ESH | 太阳吸收比αs |
| 0 | 0.09 |
| 680 | 0.11 |
| 1050 | 0.10 |
| 1490 | 0.10 |
| 2300 | 0.10 |
| 3850 | 0.10 |
| 5480 | 0.11 |
| 6760 | 0.10 |
7、F46塑料薄膜镀铝二次表面镜热控涂层
取Φ20毫米的热控涂层样品，按图1所示，放在直径为25毫米的玻璃管中，选用合适的弹簧3，使涂层2与石英玻璃窗口紧紧贴住，玻璃管烘烤温度为350～400℃，时间为32小时，其余同实施例1。结果列于表7。
表7
| 样品F-1 | |
| 紫外剂量ESH | 太阳吸收比αs |
| 0 | 0.14 |
| 190 | 0.15 |
| 380 | 0.16 |
| 1040 | 0.16 |
| 1960 | 0.16 |
| 2980 | 0.16 |
| 4050 | 0.16 |
Claims (3)
1.一种用于航天器热控涂层材料的“原位”试验方法，包括真空——紫外辐照、光性太阳吸收比测定，其特征在于：
a.被测试样装入端面为石英玻璃的真空玻璃封管(7)中，它由石英窗口(1)，被测试样(2)，普通弹簧(3)，直径为20～60毫米的玻璃管(4)，装有吸气剂的玻璃排气管(5)以及电离计管(6)组成，整个玻璃管接入由机械泵和涡轮分子泵组成的无油真空系统进行烘烤排气；烘烤温度350～450℃，时间为24～48小时；排气结束时，系统压力达到10-3帕以下，将样品管与系统封离。
b.将装有被测试样的真空封管(7)置于紫外辐照试验台上，使样品垂直指向紫外光源(8)，调节样品与紫外光源的距离及辐照时间，可以改变紫外辐照强度；整个辐照试验过程中靠钡钛或钛锆吸气剂蒸散使管内压力维持在10-2～10-3帕以下。
2.按权利要求1所述的测试方法，其特征在于普通弹簧(3)作用是使样品与石英窗口贴紧，玻璃管(4)用以安放弹簧(3)和样品(2)。
3.按权利要求1所述的测试方法，其特征在于吸气剂为钡钛或钛锆合金粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 97106734 CN1049733C (zh) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | 热控涂层材料的“原位”测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 97106734 CN1049733C (zh) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | 热控涂层材料的“原位”测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1180838A CN1180838A (zh) | 1998-05-06 |
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