空間太陽近紫外輻照對ACR-1白漆表面導電性能的研究
通過試驗研究了近紫外輻照對ACR-1 白漆電學性能的影響,并用X射線光電子能譜儀和四極質譜儀對ACR-1 白漆的組分和狀態等進行了分析,進而對其電學性能變化的機理進行了分析。研究發現:ACR-1 白漆的表面電阻率隨著近紫外輻照度的增加而呈指數規律減小,并在大氣環境中存在“回復”效應;氧化鋅的分解、吸附氧的減少和氧空位的增多是近紫外輻照后ACR-1 白漆表面電阻率減小的主要原因。
引言
熱控涂層是航天器熱控系統的重要組成部分,是利用涂層改變航天器的表面熱物理性質,以便在輻射熱交換中有效地控制航天器的溫度,使之在內外熱交換過程中儀器、設備的工作溫度不超過或低于允許范圍,以保證人造天體的正常工作環境。其原理是調節物體表面的太陽吸收比αs和紅外發射率εh來控制物體的熱平衡。
地球同步軌道(GEO)環境中存在的地磁亞暴環境有嚴重的充放電效應,極地軌道的沉降電子會造成電荷在衛星表面熱控涂層上積累,當超過擊穿閾值時,衛星表面將發生放電,這將對衛星產生極大的破壞作用。由于衛星外表面大部分被用于溫控的熱控涂層所覆蓋,所以可以通過提高熱控涂層的導電性能來達到防靜電的目的,如在鏡反射熱控涂層外表面鍍一層氧化銦錫透明導電薄膜、在涂料型熱控涂層中添加導電組分等。具有導電性能熱控涂層也被稱為防靜電熱控涂層。
ACR-1白漆是一種新型的白色防靜電涂層,采用表面包覆工藝將氧化鋅分散于含有重金屬離子的水溶液中,經過濾烘干后在一定的溫度下燒結,得到防靜電的氧化鋅顏料;然后按一定的顏基比加入AC丙烯酸樹脂溶液和溶劑,采用球磨工藝將涂料的細度研磨后噴涂到衛星天線等表面上。因此具有較強的結合力和可修補性,適于大面積噴涂。試驗研究了,太陽近紫外輻照對防靜電ACR-1白漆的電學性能的影響,并對其性能退化的原因和機理進行了研究。
1、輻照試驗
試驗是在北京衛星環境工程研究所的空間綜合環境設備上進行。試驗所用近紫外源為汞氙燈光源,利用太陽模擬器輻照裝置,具體試驗參數如表1所列。
表1 真空近紫外輻照試驗參數表
表面電阻率采用原位測量,裝置測量原理如圖1所示。用GENESIS 60S 型X射線光電子能譜儀(XPS)對ACR-1白漆的組分進行了分析,用TSPTT200型四極質譜儀對輻照前后的涂層放氣情況進行了研究。
圖1 表面電阻率原位測量原理圖
1. 電極1;2. 電極2;3. 電極3;4. 6517A微電流計
4、結論
通過試驗研究了空間太陽近紫外輻照對ACR-1導電白漆表面導電性能的影響,經機理分析,可以得出以下結論:
(1)近紫外輻照引起ACR-1 白漆中ZnO 的分解,白漆表面顏色逐漸加深;
(2)近紫外輻照后ACR-1白漆的導電性能得到改善,其表面電阻率隨著近紫外曝輻量的增加而呈指數規律降低;
(3)ACR-1白漆在近紫外輻照結束至重新暴露大氣過程中存在一定的“回復”效應,其表面電阻率隨著環境氣體壓力和時間的增加而增大;
(4)吸附氧的減少ZnO的分解和氧空位的增多是近紫外輻照后ACR-1白漆表面電阻率降低、導電性能改善的主要原因。