导电型聚酰亚胺二次表面镜原子氧及空间粉尘损伤效应

论文摘要

本文研究了导电型聚酰亚胺二次表面镜ITO/Kapton/Al和导电型聚酰亚胺抗原子氧二次表面镜ITO/SiOx/Kapton/Al两种薄膜材料分别在原子氧侵蚀和粉尘撞击作用下质量损失状况、表面形貌和电导率变化以及光学性能的演化规律和损伤机理。原子氧暴露试验结果表明,两种导电性聚酰亚胺二次表面镜薄膜质量损失与原子氧暴露剂量成正比关系,这与原子氧剥蚀效应的质损方程相吻合;原子氧暴露后,导电性二次表面镜太阳光谱反射系数随着原子氧暴露剂量的增加而降低,并且光谱变化区域由紫外区向红外区移动,这说明经原子氧暴露后导电型聚酰亚胺二次表面镜光谱反射率退化较严重。在原子氧环境暴露后,预置折叠的ITO/Kapton/Al表面破坏明显,剥蚀程度严重,而预置折叠的ITO/SiOx/Kapton/Al则表面致密,具有很好的抗原子氧性能。折叠后导电型聚酰亚胺二次表面镜薄膜导电性较正常表面薄膜有一定下降,原子氧暴露试验后,其电学性能下降严重得多。粉尘撞击试验结果表明,导电型聚酰亚胺二次表面镜ITO/Kapton/Al由撞击试验前的光滑平整表面变为点孔状形貌,形成“沙蚀”现象;试验样品随着撞击角度的不同受破坏状况不同:撞击方向与薄膜表面成90°角时,ITO/Kapton/Al表面损伤破坏区域多近似圆形,而撞击方向与薄膜表面成45°角时,ITO/ Kapton/A表面破坏区域多呈条块状,并且均存在挤压变形。导电型聚酰亚胺二次表面镜薄膜在粉尘撞击后太阳光谱反射率出现极小幅度下降,空间粉尘对ITO/Kapton/Al的光学和热学性能影响可以忽略不计。粉尘以45°角方向撞击ITO/Kapton/Al膜面造成的损伤比以90°角方向撞击膜面造成的损伤大,在原子氧环境中,基体材料Kapton更容易受到剥蚀。因此应该更加注重航天器侧面热控涂层防护。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 热控涂层及其工作原理
• 1.2.1 热控涂层
• 1.2.2 热控涂层工作原理
• 1.2.3 聚酰亚胺材料
• 1.3 低地球轨道环境
• 1.3.1 原子氧
• 1.3.2 空间辐照
• 1.3.3 空间碎片及粉尘
• 1.4 低地球轨道环境对热控涂层的影响
• 1.4.1 原子氧对热控涂层的影响
• 1.4.2 空间辐照对热控涂层的影响
• 1.4.3 空间碎片及粉尘对热控涂层的影响
• 1.5 航天器用聚酰亚胺薄膜现状
• 1.6 研究的目的及内容
• 第2章 材料设备及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 原子氧模拟设备
• 2.2.2 粉尘撞击试验
• 2.3 分析测试设备
• 2.3.1 表面形貌观察
• 2.3.2 光学性能测试
• 2.3.3 试样重量测量
• 2.3.4 电导率测量
• 2.4 试验方案
• 2.4.1 原子氧暴露试验方案
• 2.4.2 粉尘撞击试验方案
• 第3章 原子氧侵蚀效应研究
• 3.1 表面形貌变化
• 3.2 光谱反射率变化
• 3.3 太阳吸收比变化
• 3.4 太阳吸收比变化预测
• 3.5 质量损失变化
• 3.6 质量损失变化预测
• 3.7 表面电阻变化
• 3.8 本章小结
• 第4章 粉尘撞击效应研究
• 4.1 表面形貌变化
• 4.2 粉尘撞击速度影响
• 4.3 光谱反射率变化
• 4.4 太阳吸收比变化
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢