紫外辐照试验

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1、紫外辐照试验章俞之，曹韫真，吴岭南，宋力昕，陈杰锋（中国科学院上海硅酸盐研究所特种无机涂层重点实验室，上海200050）摘要：无机热控涂层是航天器常用的一类热控涂层。文章采用上海硅酸盐研究所研制的真空－紫外辐照装置，选用合适的加速倍率，对国内几种常用的热控涂层进行了10000ESH以上的辐照试验，原位测量了各阶段试验样品的太阳吸收比，获得了这些热控涂层的太阳吸收比变化曲线，验证了热控涂层的“漂白效应”。相关研究结果可以为热控制专家进行热设计时提供参考。关键词：热控涂层；真空-紫外辐照；太阳吸收比；光谱反射率中图分类号：TB34；TN23文献标识码：A文章编号：1673-137

2、9(2011)02-0126-06DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2011.02.0050前言热控材料是航天器热控制系统的重要组成部分，通常暴露于航天器外表面，直接承受空间各种恶劣环境的辐照与剥蚀，它们的性能在空间环境中的稳定性将影响到航天器的寿命和可靠性。热控涂层在空间受到太阳紫外辐照后，其光学、热学性能将产生不同程度的退化，如果光学性能退化严重，会导致航天器温控失败。所以必须在地面进行太阳紫外辐照的模拟试验，以考察热控涂层的性能退化程度，评价涂层光学/热学性能变化是否在热设计所允许的范围内。由于紫外线对热控材料的损伤机理非常复杂，很难从理论上找到

3、适用于预测各种涂层性能退化的可靠、普遍的规律。随着我国长寿命、高可靠航天器研制的发展，各类热控材料也需要经过长期的空间环境试验考核。在航天材料的研究中，目前切实可行的方法仍是对各种类型的热控涂层进行真空-紫外辐照试验和加速试验[1]。目前的研究认为紫外辐照对热控材料的主要损伤是在材料中产生“色心”，考虑到空气中的氧会对这种“色心”有“漂白”作用，所以开展真空-紫外辐照试验的原位检测是非常必要的。此外，在航天器热控材料的各种空间环境模拟试验考核中，真空-电子辐照、真空-质子辐照、原子氧等空间环境模拟试验可以选择近百倍的加速在相对较短的时间内完成；而真空-紫外辐照试验具有剂量——

4、——————————收稿日期：2010-12-23；修回日期：2011-02-18基金项目：国防科技工业技术基础项目作者简介：章俞之（1972—），女，博士学位，主要从事航天器热控材料与环境试验研究。联系电话：（021）52412359。大、时间长等特点，在辐照过程中会产生附加热效应，加速倍率一般不能超过5～6倍。本文介绍了中国科学院上海硅酸盐研究所近年对几种无机热控涂层进行真空-紫外辐照试验所取得的一些结果。1辐照试验太阳吸收比(as)和红外发射率(eh)是热控涂层两个重要的可控热物性参数，采用不同的as和eh可控制暴露于空间环境中航天器表面热平衡温度水平。目前国内外热控专

5、家的研究表明：经空间环境辐照试验后，热控材料的eh一般变化不大或基本不变，但as会发生不同程度的退化。因此，通常采用热控材料的as变化来考察材料辐照后的热稳定性[2]。按照国家专利（CN1180838A）和GJB2502.5—2006[3]的规定要求进行紫外辐照试验。本方法适宜于涂层材料近紫外波段的辐照试验，特别是较长时间紫外辐照模拟试验。在试验前、试验过程中以及试验后任何时间都可以进行涂层材料的太阳反射率(ρs)原位测试，从而计算相应的αs，试验安全可靠。1.1　辐照试样的制备首先将涂层样品材料制成φ18mm的圆形试片，再将试片放入一端带有窗口的石英玻璃管中并第2期章俞之等

6、：几种热控涂层的真空-紫外辐照试验127紧贴窗口，涂层面朝管外。石英玻璃管中还安放一枚消气剂。装好试片和消气剂的石英管接到无油真空系统抽真空，抽气过程中伴随一定温度的烘烤。抽气之后将石英管从真空系统分离并封口，然后在高频加热器中加热把消气剂蒸发出来，完成试样的制备工作。制备好的辐照试验件如图1所示。试样如此制备的目的是确保其在辐照过程中始终处于高真空环境，并解决原位测量问题。1.弹簧；2.石英管；3.试样；4.电离计管；5.排气管；6.消气剂；7.弹簧；8.95料玻璃管；9.过渡玻璃管图1已装好涂层试片的试验件Fig.1Thetestsamplewiththermalcont

7、rolcoating1.2　紫外光源及辐照度选择采用1000W超高压球形汞弧灯作为紫外光源，这种紫外光源能辐射出强烈的紫外线，可以连续工作240h而衰减较少，维护方便。通过调节试样到紫外灯之间的距离，可以调整试样接受的辐照度。为了评价加速试验的合理性，我们曾经专门对多种热控涂层进行过“时间-辐照度”互易性研究，根据研究结果，本文所述紫外加速试验选用3倍或5倍太阳紫外辐照度。1.3　太阳吸收比(αs)测试按照GJB2502—1995或GJB2502.2—2006[4]的规定方法对热控涂层试样的αs进行测试