Исследование оптических свойств, фото- и радиационной стойкости порошков диоксида циркония и терморегулирующих покрытий изготовленных на их основе

• Автор: Веревкин, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ:

Глава I Литературный обзор

1.1 Факторы космического пространства, воздействующие на отражающие покрытия

1.1.1 Ионизирующие излучения

1.1.2 Заряженные частицы захваченные магнитным полем Земли

1.1.3 Вакуум космического пространства

1.1.4 Температура внешних поверхностей КА в условиях космического пространства

1.2 Кристаллическая структура и оптические свойства диоксида циркония

1.2.1 Кристаллическая структура диоксида циркония

1.2.2 Оптические свойства диоксида циркония

1.2.3 Влияние различных воздействий на оптические свойства порошков диоксида циркония
Постановка задачи исследования
Глава II Методика легирования порошков, регистрации спектров отражения
люминесценции и облучения образцов
2.1. Свойства порошков диоксида циркония
2.2 Установка и методика регистрации спектров диффузного отражения и облучения порошков в вакууме
2.3 Методика расчета интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения
Глава III Влияние легирования и микрокапсулирования на спектры отражения, фото- и радиационную стойкость порошков Ъс02 и ТРП, изготовленных на их основе
3.1 Легирование нитридом бора, оксидом алюминия и смесью оксидов магния и кремния с целью повышения радиационной стойкости
3.1.1 Облучение электронами
3.1.2 Облучение протонами
3.1.3 Комплексное облучение электронами, протонами и ЭМИ
3.2 Легирование порошка диоксида циркония силикатом стронция и
фотостойкость ТРП на их основе
3.3 Сравнительные исследования фотостойкости отражающих покрытий на основе порошков диоксида циркония, модифицированных различными способами
Выводы по главе III
Глава IV Влияние удельной поверхности и размеров зерен на фото- и
радиационную стойкость порошков диоксида циркония

4.1 Деградация оптических свойств порошков диоксида циркония при измельчении и последующем облучении
4.2 Изменение ширины запрещённой зоны порошков диоксида циркония при перетирании
4.3 Влияние удельной поверхности на отражение и радиационную стойкость порошков диоксида циркония
4.4 Влияние степени вакуума и времени выдержки в вакууме на отражательную способность порошков Zr02
Выводы по главе IV
Глава V Исследование кинетики деградации оптических свойств порошков диоксида циркония и отражающих покрытий, изготовленных на их основе под действием ЭМИ, имитирующего солнечное
5.1 Исследование кинетики изменения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения и интегральной катодолюминесценции порошка диоксида циркония
5.2 Прогнозирование деградации оптических свойств отражающих покрытий на основе модифицированного Z1O2 под действием излучения, имитирующего солнечное
Выводы по главе V
Заключение
Литература

Актуальность темы. Актуальной физической и материаловедческой задачей является поддержание заданного теплового режима космических аппаратов (КА), который обеспечивается активными и пассивными системами терморегулирования (СТР) [1]. Активные СТР представляют собой специальные жалюзи, соединенные системой трубопроводов, по которым циркулирует рабочее тело (сжиженный газ). В зависимости от тепловой нагрузки изменяется угол раскрытия жалюзей и, соответственно, количество отводимого тепла в космическое пространство (КП). Такие системы громоздки, тяжелы и требуют управления. Поэтому наряду с ними используются пассивные СТР, которые представляют собой терморегулирующие покрытия (ТРП), наносимые на радиаторы или непосредственно на охлаждаемые приборы. Температура КА при пассивном терморегулировании определяется количеством поглощенной солнечной энергии, зависящим от интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (д5) и количества тепла, выделяемого бортовой аппаратурой и излучаемого в КП, которое определяется излучательной способностью материала или степенью черноты (е). По соотношению коэффициентов а5 и е покрытия КА делятся на солнечные отражатели (а^0,2 и £>0,9), истинные отражатели (а^<0,2 и £<0,2), солнечные поглотители (<з,>0,9 и £<0,1) и истинные поглотители (а<>0,9 и £>0,9. В КА применяются все четыре типа ТРП, но наибольшими по покрываемой площади являются ТРП класса «солнечные отражатели» (СО), которые предназначены для отражения электромагнитного излучения (ЭМИ) Солнца и переизлучения в КП тепла, выделяемого бортовой аппаратурой. Покрытия этого класса являются наиболее чувствительными к воздействию факторов КП, поэтому им уделяется наибольшее внимание.
В качестве покрытий класса (СО) может использоваться много материалов, в том числе лакокрасочных и керамических, которые состоят из пигмента и органического или неорганического связующего. Пигментами для покрытий класса СО служат порошки ZnO, ТЮ2, 2п2ТЮ4, обеспечивающие значения коэффициента поглощения около 0,2, что в некоторых случаях является недостаточным.
Более низкие значения коэффициента поглощения я5 можно получить, используя порошки 2Ю2. Это возможно вследствие большего по сравнению с вышеупомянутыми пигментами значения ширины запрещенной зоны, что делает их прозрачными в большей части ультрафиолетовой области солнечного спектра. В совокупности с относительно высоким показателем преломления порошки 2Ю2 являются хорошей светорассеивающей системой и перспективным пигментом для использования в отражающих покрытиях КА [2].
Но вследствие нестехиометричности по кислороду 2Ю2 может оказаться нестабильным при действии различных ионизирующих излучений (ИИ), что ограничивает возможности его использования в отражающих покрытиях КА.

соотношении 0,75:0,25 частей и нанесением методом распыления на подложки из алюминиевого сплава АМГ-6 по предварительно загрунтованной поверхности до толщины 200-250 мкм.
На рис. 3.18 показан исходный спектр рА нелегированного порошка ЪхО-! и его изменение после облучения ЭМИ с интенсивностью 1,5 эсо. Спектр необлученного порошка имеет типичную для гЮ2 форму. Край поглощения лежит в области 220-230 нм, что соответствует литературным данным [69, 83] по ширине запрещенной зоны диоксида циркония. За краем поглощения следует «провал» отражения, обусловленный собственными точечными дефектами, затем регистрируется пик отражения с максимумом при 420 нм и спад, начиная с Х^515 нм, отражение примерно одинаково до 2100 нм. Коэффициент п50 составил около 0,2.
Воздействие ЭМИ приводит к значительной деградации отражения во всем измеряемом спектральном диапазоне. Явно выраженных полос поглощения не наблюдается, заметны максимумы поглощения в областях 260-280 нм и 350-480 нм, а также узкий пик при 1100 нм. Уже после 10 часов облучения деградация отражения достигает 45% (при 260 нм), 53% (при 411 нм) и 47% (при 1100 нм) в УФ, видимой и ближней ИК областях спектра, соответственно. С увеличением времени облучения Др не намного увеличивается. Изменения коэффициента аа после 10 часов облучения составили 0,4, а после 17 часов облучения — 0,44. Такое отличие в дегрдации после
р, Др, %
Рис. 3.18 Спектр диффузного отражения нелегированного порошка ОСЧ 9-2 (1) и его изменение после облучения ЭМИ, имитирующего солнечное, в течение 10 (2) и 18 (3) часов с интенсивностью 1,5 эсо при Т=65 °С.