RU2691328C1 - Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов - Google Patents
Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691328C1 RU2691328C1 RU2018114833A RU2018114833A RU2691328C1 RU 2691328 C1 RU2691328 C1 RU 2691328C1 RU 2018114833 A RU2018114833 A RU 2018114833A RU 2018114833 A RU2018114833 A RU 2018114833A RU 2691328 C1 RU2691328 C1 RU 2691328C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pigment
- powders
- temperature
- thermal control
- oxygen
- Prior art date
Links
- 239000000049 pigment Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 59
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 28
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 15
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000003608 radiolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 1-ethynyl-2,4-dimethoxybenzene Chemical compound COC1=CC=C(C#C)C(OC)=C1 IVORCBKUUYGUOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001706 oxygenating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J zirconium(4+);disulfate Chemical compound [Zr+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
- C09C1/027—Barium sulfates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
- B64G1/54—Protection against radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/46—Sulfates
- C01F11/462—Sulfates of Sr or Ba
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/04—Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
- C09C3/043—Drying, calcination
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Critical Care (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к терморегулирующим покрытиям, в том числе к терморегулирующим покрытиям космических аппаратов, и может быть использовано в космической технике, а также в строительной индустрии и в широких отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов. Описывается пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов класса «солнечные оптические отражатели», приготовленный из порошка сульфата бария. Пигмент получают прогреванием порошка сульфата бария 2 часа на воздухе при атмосферном давлении и температуре 400°С. При этом пигмент обладает повышенной радиационной стойкостью, мерой которой является изменение интегрального коэффициента поглощения 0,013-0,037 при облучении электронами с энергией 30 кэВ флюенсом (1, 2, 3, 4)⋅10см. 1 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к пигментам для терморегулирующих покрытий, предназначенным для поддержания температуры объектов, на которые они нанесены, в том числе для терморегулирующих покрытий, используемых в области пассивных методов регулирования температуры, а именно для терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Изобретение может быть использовано, помимо космической техники, в строительной индустрии, в химической, пищевой, легкой и других отраслях промышленности для терморегулирования устройств или технологических объектов.
Порошки сульфата бария относятся к пигментам, которые перспективны для приготовления терморегулирующих покрытий, так как обладает большой шириной запрещенной зоны, что обеспечивает малое значение интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (a s). В сочетании с большой интегральной полусферической излучательной способностью (ε) они обеспечивают малое значение отношения as/ε, что позволяет отнести их к перспективным пигментам для ТРП класса «оптические солнечные отражатели». Кроме того, порошки этого соединения обладают относительно высокой радиационной стойкостью, что позволяет использовать их в качестве пигментов ТРП, работающих в условиях действия заряженных частиц космического пространства (КП), Например, на основе пигмента BaSO4 разработано терморегулирующее покрытие класса "солнечные отражатели" [Страполова В.Н., Киселева Л.В., Токарь С.В. и др. Терморегулирующее покрытие. Патент РФ №2524384 от 27.07.2014], предназначенное для использования в системах пассивного или активного терморегулирования внешней поверхности космических аппаратов.
Под действием излучений космического пространства (КП) в сульфате бария образуются радиационные дефекты, что приводит к появлению полос поглощения, обусловленных этими дефектами, уменьшению коэффициента отражения, увеличению коэффициента поглощения a s, увеличению доли поглощаемой энергии. Температура космических аппаратов при этом будет повышаться, будет нарушаться тепловые режимы работы приборов и устройств, что приведет к сокращению сроков их активного существования. Для повышения устойчивости порошков сульфата бария к действию излучений КП могут быть применены различные способы, например, способы, разработанные для оксидных пигментов.
Порошки сульфата бария, как и порошки оксидов цинка и алюминия, диоксидов титана и циркония не стехиометричны по кислороду [Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов. М, 1975, 450 с.], и в них под действием излучений образуются центры окраски на биографических анионных вакансиях. Такие порошки, помимо отражающих покрытий космических аппаратов и люминофоров, где они подвержены действию потоков заряженных частиц, широко применяются в качестве пигментов в бытовых условиях (краски, бумага, резины), в которых из ионизирующих факторов действует только солнечное электромагнитное излучение.
Выполненные ранее исследования спектров диффузного отражения (ρλ) и разностных спектров диффузного отражения (Δρλ) терморегулирующих покрытий на основе порошков - пигментов после облучения электронами с энергией 30 кэВ показали, что изменения спектров происходят, в основном, в тех областях спектра, в которой расположены полосы поглощения дефектов анионной подрешетки-полосы F- и F+-центров.
Этими исследованиями показано, что образование фото - или радиационных дефектов происходит по ионизационному механизму. Первичные процессы взаимодействия различных видов излучения с порошками ZnO, TiO2, ZrO2, Al2O3, BaTiO3 качественно одинаковы: образуются электроно-дырочные пары, дырки движутся к отрицательно заряженной поверхности, нейтрализуют кислород решетки, который покидает поверхность с образованием анионных вакансий сначала в поверхностных слоях, затем в объеме зерен порошков [Михайлов М.М. Научные труды, Том 3. Изд-во Томского университета, 2011 г., 338 с.], [Михайлов М.М. Научные труды, Том 4. Нанотехнологии для повышения фото - и радиационной стойкости отражающих порошков. Изд-во Томского университета, 2014 г., 382 с.].
При малых дозах облучения вклад анионных вакансий в общую концентрацию образованных электронных центров окраски может быть определяющим и даже основным. Поэтому представляются важными исследования, направленные на разработку способов увеличения фото- и радиационной стойкости таких пигментов.
Ранее были получены положительные результаты по повышению стабильности спектров диффузного отражения к облучению электронами с энергией 30 кэВ вследствие изменения гранулометрического состава и удельной поверхности пигмента-порошка рутила [Михайлов М.М., Власов В.А. О размерном эффекте оптических свойств порошков TiO2. Известия вузов. Физика, 1998, №12, с. 52-58], [Михайлов М. М. Зависимость оптических свойств от удельной поверхности и размеров зерен порошков диоксида титана. Журнал прикладной спектроскопии, 2006, т. 73, №1, с. 73-77]
Перспективным представляется способ повышения стабильности оптических свойств оксидных порошков путем окисления поверхности и насыщения объема кислородом. Внедренный кислород, помимо замещения биографических анионных вакансий, может быть поставщиком кислорода взамен уходящего при фотолизе или радиолизе решетки во время облучения обработанных порошков квантами света и заряженными частицами. К настоящему времени известны следующие способы насыщения кислородом поверхности и объема зерен диоксида титана.
Способ №1
В работе [Михайлов М.М. О возможности повышения фото- и радиационной стойкости порошков TiO2 (рутил) прогревом в кислороде. РАН. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007, №35, с. 102-106] представлены результаты исследования одного из самых простых способов окисления порошков и насыщения их кислородом - прогрева порошков в кислороде.
Радиационную стойкость образцов во всем диапазоне солнечного спектра оценивали по изменению интегрального коэффициента поглощения, солнечного излучения (as). Исследования выполняли на пяти образцах, прогретых в различных режимах порошков TiO2 квалификации Р02. Образец №1 не прогревали, образцы №2-№5 прогревали в различных режимах: температуру изменяли в пределах 110-150°С, время прогрева - 17-120 мин., давление кислорода - 0,2-760 мм. рт.ст. Измеряли спектры диффузного отражения до и после облучения (ρλф) флюенсом электронов 2⋅1016 см-2с энергией 30 кэВ и рассчитывали изменение интегрального коэффициента поглощения Δas.
Выполненными исследованиями показано, что прогрев в кислороде приводит к уменьшению интенсивности полос поглощения дефектов анионной подрешетки (F- и F+-центры, нейтральные анионные вакансии и электроны проводимости) и слабо влияет на образование дефектов катионной подрешетки при облучении электронами обработанных порошков. Определяющую роль в повышении радиационной стойкости пигментов при данных условиях их обработки в кислороде, по-видимому, играет диффузия его в объем зерен порошка. Она зависит и от температуры, и от времени прогрева и для получения высокой радиационной стойкости порошков TiO2 путем прогрева необходимо создать следующие условия: парциальное давления кислорода примерно 10-1 мм. рт.ст., средняя температуры прогрева около 100°С, время прогрева 120 мин. Наибольшее повышение радиационной стойкости, полученное при таких оптимальных условиях обработки составляет 1,4 раза по сравнению с необработанным образцом.
Недостатком данного способа является большие трудо- и энергозатраты, связанные с необходимостью получения высокого вакуума, напуска кислорода и прогрева порошков в его атмосфере. При этом эффективность способа не очень высокая.
Способ №2
Другим способом повышения фото- и радиационной стойкости оксидных пигментов является их обработка ультрафиолетом в кислороде [Михайлов М.М. О возможности повышения фото- и радиационной стойкости порошков TiO2. Обработка ультрафиолетом в кислороде. РАН. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007, №8, с. 82-88].
Эффект уменьшение концентрации анионных вакансий в обработанных порошках может проявляться как во время действия ультрафиолета, так и при последующем облучении электронами обработанных в различных режимах порошков. Если уменьшение анионных вакансий происходит во время действия ультрафиолета, когда осуществляется диссоциация кислорода по реакции
то эффект может быть зарегистрирован в спектрах отражения после облучения ультрафиолетом. Если такого проявления не будет, то можно считать, что обработка ультрафиолетом в атмосфере приводит к насыщению решетки атомарным кислородом без замещения им анионных вакансий. Этот кислород будет служить поставщиком кислорода взамен уходящего при облучении, он будет замещать вновь образованные вакансии при облучении пигмента электронами.
Сравнение деградации спектров после облучения электронами образцов квалификации Р02, предварительно обработанных ультрафиолетом в кислороде, с деградацией не обработанных кислородом и не выдержанных в кислороде - «свежих» порошков TiO2, облученных электронами при таких же значениях флюенса и энергии, показывает существенно большую деградацию «свежих» порошков по сравнению с деградацией любого из обработанных образцов. Установлено, что оптимальное время обработки ультрафиолетом в кислороде порошка Р02 составляет 20 мин, при этом улучшение радиационной стойкости по интегральному коэффициенту поглощения составляет 2,2 раза.
Данный способ является высоко эффективным, но обладает существенным недостатком, связанным с необходимостью размещения порошков в вакуумной камере, в которой после получения вакуума следует создать атмосферу кислорода напуском через специальное устройство - натекатель и в ней облучать порошки ультрафиолетом. Материальные и энергозатраты для реализации данного способа заключаются в необходимости приобретения и эксплуатации высоковакуумной система и источника ультрафиолетового излучения.
Способ №3
Указанные в способе №2 недостатки частично устраняются в способе повышения фото- и радиационной стойкости порошков пигментов при обработке ультрафиолетом на воздухе [Михайлов М.М. О возможности повышения радиационной стойкости порошков TiO2 при обработке УФ-облучением на воздухе. РАН. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007, №10, с. 68-72]. Экспериментальное оборудование в этом способе значительно упрощается, так как не требуется вакуумной камеры, необходим только источник ультрафиолетового излучения для насыщения порошков диоксида титана кислородом. Но и эффективность обработки существенно снижается по сравнению со способом №2. Так, Экспериментально установлено, обработка в течение 72 час с интенсивностью в 2 раза превышающей интенсивность излучения Солнца, дает повышение радиационной стойкости всего в 1,23 раза при действии электронов с такими же параметрами, что и в способе №2 (Е=30 кэВ, Ф=1016 м-2⋅с-1).
Помимо указанных трех способов повышения фото- и радиационной стойкости путем насыщения решетки порошков кислородом, к настоящему времени разработаны способы, основанные на создании на поверхности зерен и гранул слоев других соединений, выполняющих роль центров релаксации первичных продуктов фотолиза и радиолиза и поглощающих часть энергии излучений, падающих порошок - роль защитных слоев.
Способ №4
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении красок, т.е. таких же покрытий, как и в способах №1-№3. Пигментный композит содержит основу из диоксида титана и слои оксидов циркония и алюминия, полученную суспензию нагревают до 46,11-50°С [Грин К.Э., Браунбридж Т.Я. Способ получения пигментного композита, пигментный композит. Патент РФ №2135536 от 27.08.1999: Частицы TiO2 диспергируют в воде, добавляют диспергатор (гексаметафосфат натрия)]. Добавляют раствор H2SO4 для поддержания рН от 7 до 9. Вводят раствор сульфата циркония. Осаждают 0,1-2,5% гидроксида циркония от массы TiO2 в пересчете на ZrO2. Добавляют водный раствор NaOH для поддержания рН от 7 до 9. Вводят водный раствор алюмината натрия. Осаждают 3,5-4% гидроксида алюминия от массы TiO2 в пересчете на Al2O3. Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой и сушат при 110°С. Измельчают. Пигментный композит имеет улучшенные оптические свойства, такие, как рассеяние, блеск, яркость и цвет, а также стойкость.
Способ №5
Изобретение относится к пигментному рутильному диоксиду титана, к способу его получения и может быть использовано в производстве красок, пластмасс и слоистых пластинок на бумажной основе. Сущность изобретения заключается в пигменте, состоящем из частиц диоксида титана с осажденными на них оксидом церия в количестве 0,01-1 мас. % и плотным аморфным диоксидом кремния в количестве 1-8 мас. % от количества диоксида титана [Брэнд Д.Р., Балдвин Р.А., Броунбридж Т.Я. Пигментная двуокись титана и способ ее получения. Патент РФ №2099372 от 20.12.1997]. Пигмент может быть дополнительно покрыт гидроксидом алюминия в количестве 2-4 мас. % от количества диоксида титана. Далее добавляют водорастворимый силикат в количестве 1-6 мас. % и минеральную кислоту для осаждения, по крайней мере, при рН 8 плотного аморфного диоксида кремния, при этом шлам непрерывно перемешивают и поддерживают температуру 60-100°С на протяжении всего процесса осаждения. Дополнительно к шламу добавляют водный раствор алюмината натрия и серную кислоту для осаждения гидроксида алюминия. Пигмент по изобретению обладает улучшенной прочностью, улучшенной устойчивостью к фотохимическому разложению.
Общим недостатком способов №4-№5 является многоступенчатость химических реакций и большое число реагентов, необходимых для их осуществления, а также отсутствие данных по качеству наносимых слоев на поверхность зерен порошков диоксида титана, что не позволяет определить целесообразность нанесения последующих слоев, после нанесения предыдущих. Например, в способе №5 после нанесения слоя CeO2 фото - и радиационная стойкость полученной композиции не определялась и не была доказана необходимость нанесение еще слоя SiO2, а в способе №6 после нанесения слоя ZrO2 фото - и радиационная стойкость полученной композиции не определялась и не была доказана необходимость нанесение еще слоя Al2O3.
Радиационную стойкость порошков - пигментов можно увеличить путем удаления с их поверхности физически и химически сорбированных газов и осаждения вместо них молекул кислорода. Для удаления сорбированных газов достаточно прогрева порошков при температуре, обеспечивающей преодоление сил притяжения молекул и разрыв химических связей. Температура десорбции физически сорбированных газов для различных комбинаций молекула газа - тип порошка различная и составляет насколько сотен градусов. Для химически сорбированных газов она выше и колеблется от 400°С до 800°С для различных комбинаций молекула газа - тип порошка [Волькенштейн Ф.Ф. Физикохимия поверхности полупроводников. М: Наука, 1973, 340 с]. Для осаждения на поверхности и насыщения поверхностных слоев порошков молекулами кислорода достаточно осуществить такой прогрев на воздухе при атмосферном давлении.
Способ №6
Примером увеличения радиационной стойкости порошков -пигментов достигнутого путем прогрева при атмосферном давлении на воздухе являются полученные результаты на порошке диоксида титана [М.М. Mikhailov, S.A. Yuryev, G.E. Remnev, R.V. Sazonov, G.E. Kholodnaya, D.V. Ponomarev Effect of temperature on radiation resistance of TiO2 powders during heating and modification by SiO2 nanoparticles. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume 336, 1 October 2014, pp. 96-101]. В работе выполнен комплекс исследований спектров диффузного отражения и интегрального коэффициента поглощения в солнечном диапазоне и их изменений при облучении порошка диоксида титана, предварительно прогретого в атмосфере при различной температуре. Проведен анализ фазового состава и параметров кристаллической решетки, потерь массы, типов и кинетики изменения концентрации газов, выделяющихся при нагреве порошков, установлена взаимосвязь между изменениями этих свойств и показано положительное влияние прогрева на радиационную стойкость порошков диоксида титана. Прогрев осуществляли при температуре 150, 400, 500, 800 и 1000°С. Определены температурные диапазоны десорбции физически и химически связанных с поверхностью диоксида титана газов. Показано, что основное влияние на увеличение радиационной стойкости оказывает процессы десорбции ОН-групп с поверхности порошка. Предложен способ увеличения радиационной стойкости порошков диоксида титана, заключающийся в прогреве при температуре 800. Данный способ выбран в качестве прототипа.
В предлагаемом изобретении с целью увеличения радиационной стойкости пигмента BaSO4 осуществляют его прогрев в атмосфере при различной температуре и производят выбор оптимального значения температуры прогрева по величине изменения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения после облучения электронами с энергией 30 кэВ при различном значении флюенса.
Пример 1
Порошок BaSO4 перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 2
Порошок BaSO4 прогревают 2 час при температуре 100°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 3
Порошок BaSO4 прогревают 2 час при температуре 400°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Пример 4
Порошок BaSO4 прогревают 2 час при температуре 800°С, охлаждают до комнатной температуры, перетирают в фарфоровой чашке, запрессовывают ручным прессом в металлические подложки при малом давлении (Р=1 Мпа).
Полученные в примерах 1-4 образцы устанавливают на предметном столике установки - имитатора условий КП «Спектр», получают вакуум в камере установки не хуже 10-6 тор, измеряют спектры диффузного отражения в солнечном диапазоне - от 0,25 до 2,5 мкм в исходном состоянии (ρλ0). Затем все образцы последовательно облучают электронами с энергией 30 кэВ и после каждого времени облучения измеряют спектры облученных образцов (ρλt) в вакууме на месте облучения (in situ) По полученным спектрам ρλ0 рассчитывают интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения до облучения (aso) по формуле:
где Rs - среднеарифметическое значение коэффициента диффузного отражения, рассчитанное по 24 точкам на длинах волн, соответствующих равноэнергетическим участкам спектра излучения Солнца; Iλ- спектральная интенсивность излучения солнца; (λ1-λ2) - спектральный диапазон излучения Солнца; n - число точек на шкале длин волн, в которых рассчитывали значения коэффициента диффузного отражения
После каждого периода облучения (Ф - флюенса электронов) рассчитывают по спектрам диффузного отражения интегральный коэффициента поглощения солнечного излучения облученных порошков (аsф), а его изменение после облучения определяют по разности значений коэффициента поглощения до (a s0) и после облучения: Δas=аsф-a s0. Получают зависимость значений Δas от флюенса электронов, что является мерой радиационной стойкости порошков.
Результаты расчетов изменений коэффициента поглощения Δas по экспериментально полученным спектрам диффузного отражения до и после облучения ускоренными электронами с энергией 30 кэВ флюенсом (1,2,3,4)⋅1016 см-2 при температуре 25°С приведены в таблице.
Из таблицы следует, что при всех значениях флюенса электронов наименьшие значения Δas получены при температуре прогрева порошка 400°С.Отношение значений Δas не прогретого и прогретого при 400°С порошков составляет 1.38, 1.5, 1.4 и 1,42 для флюенса электронов (1,2,3,4)⋅1016 см-2 соответственно. Температуру 400°С выбирают в качестве оптимальной температуры прогрева. Полученный пигмент обладает увеличенной радиационной стойкостью по сравнению с не обработанным. Способ его получения по сравнению с перечисленными в примерах 1-6 способами обладает простотой осуществления, малой трудоемкостью, не высокими значениями температуры и времени прогрева, определяющими малые затраты энергии и оборудования.
Claims (1)
- Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов класса «солнечные оптические отражатели», приготовленный из порошка сульфата бария, отличающийся тем, что для увеличения радиационной стойкости порошка, мерой которой является изменение интегрального коэффициента поглощения в диапазоне 0,013-0,037 при облучении электронами с энергией 30 кэВ флюенсом (1, 2, 3, 4)⋅1016 см-2 его прогревают 2 часа на воздухе при атмосферном давлении при температуре 400°С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114833A RU2691328C1 (ru) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114833A RU2691328C1 (ru) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691328C1 true RU2691328C1 (ru) | 2019-06-11 |
Family
ID=66947425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018114833A RU2691328C1 (ru) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691328C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2395547C2 (ru) * | 2008-10-03 | 2010-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Пигмент для светоотражающих покрытий |
| RU2429264C2 (ru) * | 2009-11-06 | 2011-09-20 | Михаил Михайлович Михайлов | Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий |
| JP2013181793A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Nippon Matai Co Ltd | 放射線遮蔽材及び放射線の遮蔽方法 |
| CN103396681A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 刘虎成 | 复合精细硫酸钡及其制造方法 |
| RU2552456C2 (ru) * | 2013-09-23 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | СПОСОБ СИНТЕЗА ПОРОШКОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ BaSrTiO3 |
| JP2016166739A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-15 | 有限会社技研産業 | 放射線遮蔽組成物、放射線遮蔽材料及び放射線遮蔽建材 |
-
2018
- 2018-04-20 RU RU2018114833A patent/RU2691328C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2395547C2 (ru) * | 2008-10-03 | 2010-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Пигмент для светоотражающих покрытий |
| RU2429264C2 (ru) * | 2009-11-06 | 2011-09-20 | Михаил Михайлович Михайлов | Пигмент для светоотражающих термостабилизирующих покрытий |
| JP2013181793A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Nippon Matai Co Ltd | 放射線遮蔽材及び放射線の遮蔽方法 |
| CN103396681A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-11-20 | 刘虎成 | 复合精细硫酸钡及其制造方法 |
| RU2552456C2 (ru) * | 2013-09-23 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | СПОСОБ СИНТЕЗА ПОРОШКОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ BaSrTiO3 |
| JP2016166739A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-15 | 有限会社技研産業 | 放射線遮蔽組成物、放射線遮蔽材料及び放射線遮蔽建材 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Neshchimenko et al. | Optical radiation stability of ZnO hollow particles | |
| Scuderi et al. | Rapid synthesis of photoactive hydrogenated TiO2 nanoplumes | |
| Mikhailov et al. | Prospects for applying BaSO4 powders as pigments for spacecraft thermal control coatings | |
| RU2527262C2 (ru) | Пигмент на основе модифицированного порошка диоксида титана | |
| Lakshminarasappa et al. | Synthesis characterization and luminescence studies of 100 MeV Si8+ ion irradiated sol gel derived nanocrystalline Y2O3 | |
| Mikhailov et al. | The effects of heating on BaSO4 powders' diffuse reflectance spectra and radiation stability | |
| Mondal et al. | Defect controlled tuning of the ratio of ultraviolet to visible light emission in TiO2 thin films | |
| Jia et al. | A visible-light active TiO 2 photocatalyst multilayered with WO 3 | |
| Mikhailov et al. | Thermal control coatings based on pigments modified with Al2O3 nanoparticles | |
| Mikhailov et al. | Effect of modifying TiO2 powdert with SiO2 and ZrO2 nanoparticles on its composition, structure, optical properties, and on the alteration of these parameters under solar spectrum quanta | |
| RU2691328C1 (ru) | Пигмент для терморегулирующих покрытий космических аппаратов | |
| Mikhailov et al. | Effect of atmosphere on recovery of diffuse reflection spectra of ZnO powder modified with nanoparticles upon irradiation in vacuum | |
| RU2716436C1 (ru) | ПИГМЕНТ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА BaSO4, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОЧАСТИЦАМИ SiO2 | |
| Zhang et al. | Effects of silver substrates on the visible light photocatalytic activities of copper-doped titanium dioxide thin films | |
| RU2555484C2 (ru) | Пигмент на основе порошка диоксида титана, модифицированного наночастицами | |
| Mikhailov et al. | Proton and electron irradiation induced changes in the optical properties of ZnO pigments modified with ZrO2 and Al2O3 nanopowders | |
| RU2656660C1 (ru) | ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ РАДИАЦИОННОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ BaTiZrO3 | |
| Mikhailov et al. | Effect of proton irradiation on the optical properties of coating based on ZnO powder and liquid K2SiO3 | |
| Mikhailov et al. | Optical properties and photostability of silicon dioxide powders modified with SiO2 hollow particles and nanoparticles of various oxides | |
| Lu et al. | Preparation of Yb, N, and F doped Er 3+: Y 3 Al 5 O 12/TiO 2 composite films for visible-light photocatalytic degradation of organic dyes | |
| Domaradzki et al. | Photocatalytic properties of Ti–V oxides thin films | |
| Sirota et al. | Effect of irradiation intensity on the rate of photocatalysis of TiO2 coatings obtained by detonation spraying | |
| Mikhailov et al. | Radiation stability of optical properties of Wollastonite powder with SiO2 nanoparticle addition | |
| Mikhailov et al. | Influence of the temperature of aluminum oxide micropowder modification with Al 2 O 3 nanopowders on the optical properties and radiation resistance of coatings manufactured on their basis | |
| DUDIN et al. | ST. PETERSBURG STATE POLYTECHNICAL UNIVERSITY JOURNAL. PHYSICS AND MATHEMATICS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200514 Effective date: 20200514 |