一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法技术

一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，采用原子氧地面模拟设备对装好双层Kapton膜的样品托进行长时间原子氧辐照，并对辐照前后的Kapton膜进行称量；将每组外侧Kapton膜辐照前、后的质量差，记为辐照损失质量；将每组内侧Kapton膜辐照前后的质量差记为出气损失质量。将辐照质量损失和出气质量损失相减，得到的方为真正的辐照损失质量；计算原子氧束流通量密度F；利用样品托表面7个区域的原子氧束流通量密度计算出原子氧束流通量密度的不均匀性。本发明专利技术的有益效果是：避免了Kapton膜真空放气导致的不准确性，加工特定结构的样品托以标定原子氧束流密度的不均匀性，得到了准确的原子氧通量密度及不均匀性。得到了准确的原子氧通量密度及不均匀性。得到了准确的原子氧通量密度及不均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法


[0001]本专利技术涉及空间原子氧地面模拟设备，特别是指一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法。

技术介绍

[0002]空间环境对航天器舱外运动机构润滑材料的性能和寿命有重要的影响，相关研究对保障近地轨道、月球探测、行星及深空探测等航天工程的顺利实施意义重大。航天器在轨故障分析表明，尽管航天器故障表现形式多种多样，但由空间环境因素引起的润滑材料失效的比例高达40%。其中，空间辐照环境则是空间环境诱导故障中的主要环境因素之一。中性气体是近地轨道所特有的空间环境，其中80%的成分为原子氧（AO），其产生于分子氧与紫外光的相互作用。尽管空间原子氧密度十分稀薄，但原子氧的化学活性远高于分子氧，足以对以8 km/s速度运行的在轨航天器造成重大影响。材料空间环境适应性的评价方法主要有空间飞行试验、理论模拟技术和地面模拟试验。其中，地面模拟试验可以进行加速模拟试验，并实时跟踪获取材料结构、性能的演化数据，弥补了空间飞行试验的不足，被广泛采用。许多国家的科研机构建立了多套空间环境地面模拟设备。自上世纪九十年代，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室在中科院和基金委支持下，建立了三代空间环境地面模拟设备，初步建立了空间摩擦学实验技术平台。
[0003]地面模拟试验设备中原子氧通量密度及不均匀性的标定极为关键，也是许多研究机构面临的难题。对于原子氧通量密度的标定一般采用聚酰亚胺（Kapton，杜邦公司），该材料与原子氧有固定的反应系数，这种方法被广泛采用。但是，Kapton在真空中会有放气现象出现，导致标定的原子氧通量严重偏高。另外，仍没有针对原子氧束流密度不均匀性的标定方法。因此亟需新的原子氧通量密度及不均匀性的标定方法。排除Kapton膜在真空中出气的影响，加工特定结构的样品托以标定原子氧束流密度的不均匀性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，以提高原子氧束流通量密度及不均匀性标定的精确性。
[0005]本专利技术的技术方案是通过以下步骤实现的：一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）裁剪2片大直径Kapton膜（3）和14片小直径Kapton膜（7），并分别称量每片Kapton膜的质量，称量精度优于1/100000 g；（2）将裁剪好的大直径Kapton膜（3）和小直径Kapton膜（7）按两片一组重叠装入相应的大、小样品托的大圆台（1）和小圆台（5）上，大圆台（1）和小圆台（5）的直径分别与大直径Kapton膜（3）和小直径Kapton膜（7）的直径相同；然后用相应的大盖子（2）和小盖子（6）将Kapton膜的周边覆盖；该大样品托由大圆台（1）和大盖子（2）组成，大盖子（2）的内径略大于圆台（1）的直径，大盖子（2）的顶端设有缩口；该小样品托由底板（4）、小圆台（5）和小盖子
（6）组成，圆形的底板（4）的直径与该大样品托的大圆台（1）直径相同，在底板（4）的上面设有7个均匀布置的小圆台（5），每一小圆台（5）设有小盖子（6），小盖子（6）的形状与大盖子（2）相似；（3）采用原子氧地面模拟设备分别对装好Kapton膜的样品托进行原子氧辐照，盖子（2）垂直面对原子氧束流的方向距离为20 mm，辐照时间为4
‑
6小时，并称量辐照后的Kapton膜的质量；（4）将每组位于外侧的Kapton膜辐照前的质量减去辐照后的质量，得到的质量差值记为辐照损失质量；将每组内侧的Kapton膜辐照前的质量减去辐照后的质量，得到的质量差值记为出气损失质量；将辐照损失质量减去出气损失质量，得到的质量差值为实际辐照损失质量；（5）利用公式F=
∆
M/ρδst计算原子氧束流通量密度F，其中
∆
M为实际辐照损失质量，ρ为kapton膜的密度，δ为反应系数原子氧与kapton膜的反应系数，s为辐照面积，t为辐照时间；（6）对原子氧束流通量密度的不均匀性进行标定：利用小样品托上的7个小圆台（5）的原子氧束流通量密度F1
‑
F7，计算原子氧束流通量密度的不均匀性，计算公式（Fmax
‑
Fmin）/（Fmax+Fmin）
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100%，其中Fmax和Fmin分别为F1
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F7中的最大值和最小值。
[0006]本专利技术的有益效果是：一种新的原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，排除了Kapton膜出气对通量密度及不均匀性的影响，加工特定结构的样品托以标定原子氧束流密度的不均匀性，发展了原子氧地面模拟设备通量密度不均匀性的标定方法。此方法为原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定提供了一种新的途径，且结果准确、实施简便。
附图说明
[0007]图1是本专利技术大样品托（装入Kapton膜的）半剖视结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本专利技术小样品托（装入Kapton膜的）剖视结构示意图（图4的A
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A剖视图）；图4是图3的俯视图；图5是本专利技术小样品托的侧面的结构示意图；图6是图5的俯视图。
具体实施方式
[0008]下面将结合专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0009]参见图1
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图6，本专利技术采用的大样品托由大圆台1和大盖子2组成，大圆台1的直径Ф45mm，大盖子2的内径略大于圆台1的直径，大盖子2的顶端设有缩口，缩口内径为Ф40mm。该小样品托由底板4、小圆台5和小盖子6组成，圆形的底板4的直径与该大样品托的大圆台1直径相同，在底板4的上面设有7个均匀布置的小圆台5，其直径为Ф12mm。每一小圆台5设有小盖子6，小盖子6的结构与大盖子2相同，小盖子6缩口的内径为Ф10mm。
[0010]可在所述的大盖子（2）和小盖子（6）的缩口顶端内周设有倒角（D）。
[0011]可在所述的大圆台（1）上设有上下面贯通的放气孔（未图示），在小圆台（5）的顶面与底板（4）的底面之间设有贯通的放气孔（未图示）。
[0012]本专利技术一种新的原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定的基本方法的实施例，包括以下步骤：（1）裁剪2片Ф45mm大直径Kapton膜（3）和14片Ф12mm小直径Kapton膜（7），并分别称量每片Kapton膜的质量，称量精度优于1/100000 g，Kapton膜为市售杜邦公司产品，质量分别为：0.11608g、0.11656g，0.00825g、0.00816g，0.00829g、0.00818g，0.00815g、0.00812g，0.00808g、0.00799g，0.00821g、0.00816g，0.00810g、0.00813g，0.00809g、0.00797g。
[0013]（2）将裁剪好的大直径Kapton膜（3）和小直径Kapton膜（7）按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）裁剪2片大直径Kapton膜（3）和14片小直径Kapton膜（7），并分别称量每片Kapton膜的质量，称量精度优于1/100000 g；（2）将裁剪好的大直径Kapton膜（3）和小直径Kapton膜（7）按两片一组重叠装入相应的大、小样品托的大圆台（1）和小圆台（5）上，大圆台（1）和小圆台（5）的直径分别与大直径Kapton膜（3）和小直径Kapton膜（7）的直径相同；然后用相应的大盖子（2）和小盖子（6）将Kapton膜的周边覆盖；该大样品托由大圆台（1）和大盖子（2）组成，大盖子（2）的内径略大于圆台（1）的直径，大盖子（2）的顶端设有缩口；该小样品托由底板（4）、小圆台（5）和小盖子（6）组成，圆形的底板（4）的直径与该大样品托的大圆台（1）直径相同，在底板（4）的上面设有7个均匀布置的小圆台（5），每一小圆台（5）设有小盖子（6），小盖子（6）的形状与大盖子（2）相似；（3）采用原子氧地面模拟设备分别对装好Kapton膜的样品托进行原子氧辐照，盖子（2）垂直面对原子氧束流的方向距离为20 mm，辐照时间为4
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6小时，并称量辐照后的Kapton膜的质量；（4）将每组位于外侧的Kapton膜辐照前的质量减去辐照后的质量，得到的质量差值记为辐照损失质量；将每组内侧的Kapton膜辐照前的质量减去辐照后的质量，得到的质量差值记为出气损失质量；将辐照损失质量减去出气损失质量，得到的质量差值为实际辐照损...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建，郝俊英，刘维民，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：