T-CSTM 01323-2024 空間材料原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)方法

ICS19.040CCSA21Testmethodforspaceenvironmentsimulationofatomiirradiationandthermalcyclingofspacema2024-10-31發(fā)布中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布T/CSTM01323—2024本文件參照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》和GB/T20001.4—2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CSTM/FC04）提出。本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域特種涂層標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（CSTM/FC04/TC04）歸口。2T/CSTM01323—2024空間材料原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)方法重要提示：使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證符合國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。本文件規(guī)定了空間材料原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)的方法。本文件適用于空間材料的原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)共同作用下的綜合效應(yīng)研究和應(yīng)用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GJB2502.1航天器熱控涂層試驗(yàn)方法第1部分：總則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1原子氧通量密度atomicoxygenflux單位時(shí)間內(nèi)入射到單位表面積上的原子氧數(shù)量。3.2原子氧累積通量atomicoxygenfluence入射到單位表面積上的原子氧總數(shù)量。3.3紫外輻照度ultravioletirradiance單位時(shí)間內(nèi)照射到單位表面積上的紫外光能量。3.4紫外輻照劑量ultravioletirradiationdose照射到單位表面積上的紫外光總能量。3.5原子氧剝蝕率atomicoxygenerosionyield綜合作用后每個(gè)原子氧撞擊到材料表面引起的體積變化。3.6厚度損失thicknessloss綜合作用后引起的材料厚度減小量。T/CSTM01323—20244原理將材料置于原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)設(shè)備中，進(jìn)行原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)綜合作用。通過觀察、測(cè)試、分析試驗(yàn)前后材料的外觀、微觀形貌、質(zhì)量、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)及力學(xué)等性能參數(shù)的變化，評(píng)價(jià)其抗空間原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)綜合作用的能力。5試驗(yàn)條件5.1試驗(yàn)室環(huán)境條件試驗(yàn)室環(huán)境為溫度10℃~30℃,相對(duì)濕度60％以下。5.2試樣溫度試樣溫度按技術(shù)文件的規(guī)定。5.3試驗(yàn)參數(shù)5.3.1原子氧參數(shù)原子氧能量、通量密度及累計(jì)通量按照技術(shù)文件規(guī)定執(zhí)行。5.3.2紫外輻照參數(shù)紫外波段200nm~400nm的紫外輻照加速因子不大于5，遠(yuǎn)紫外波段115nm~200nm的紫外輻照加速因子不大于100。5.3.3熱循環(huán)參數(shù)熱循環(huán)參數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定：a)熱循環(huán)試驗(yàn)的溫度一般為-100℃~+100℃。具體最高溫度和最低溫度按有關(guān)技術(shù)文件規(guī)定；b)熱循環(huán)次數(shù)一般為100次（由最高溫到最低溫再到最高溫為一次循環(huán)具體循環(huán)次數(shù)按有關(guān)技術(shù)文件的規(guī)定；c)熱循環(huán)降溫速率、升溫速率及保溫時(shí)間按技術(shù)文件要求；保溫時(shí)間一般不低于5分鐘，保溫過程中高溫區(qū)溫度變化范圍為0℃~4℃,低溫區(qū)溫度變化范圍-4℃~0℃。5.3.4其他原子氧累積通量、紫外輻照劑量與熱循環(huán)次數(shù)不能全程同時(shí)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)將試驗(yàn)時(shí)間少的因素分段與試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)的因素共同作用，或按技術(shù)要求規(guī)定執(zhí)行。在不進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，試樣溫度應(yīng)控制在10℃~40℃范圍內(nèi)，或按技術(shù)要求規(guī)定執(zhí)行。~6儀器設(shè)備6.1真空系統(tǒng)6.1.1真空室應(yīng)采用無油抽氣系統(tǒng)。6.1.2真空室本底真空度優(yōu)于1.3×10-3Pa。6.1.3真空室內(nèi)安裝熱沉，熱沉溫度應(yīng)低于-60℃。6.1.4真空系統(tǒng)連續(xù)空載運(yùn)行24h后，真空室內(nèi)的有機(jī)污染物不超過1×10-7g/cm2。6.2原子氧系統(tǒng)6.2.1原子氧束刻蝕作用面積應(yīng)大于試樣面積。6.2.2原子氧能量范圍為3.0eV~10.0eV。6.2.3原子氧通量密度一般為1×1014OAtoms/（cm2·s）~2×1016OAtoms/（cm2·s），原子氧通量密度不均勻度不超過±10%。4T/CSTM01323—20246.2.4原子氧束與試樣表面法線方向的夾角不超過±10°。6.2.5標(biāo)定原子氧通量密度的試樣一般采用KaptonH或HN進(jìn)行（其剝蝕率按3.00×10-24cm3/OAtoms計(jì)算），厚度一般為0.05mm，直徑不小于10mm的圓形或邊長(zhǎng)不小于10mm的方形件。6.3紫外輻照系統(tǒng)6.3.1紫外輻照面積應(yīng)大于試樣面積。6.3.2近紫外輻照光源產(chǎn)生的紫外波長(zhǎng)為200nm~400nm，輻照度為118W/m2~590W/m2，輻照度不均勻性不超過±10%。6.3.3遠(yuǎn)紫外輻照光源產(chǎn)生的紫外波長(zhǎng)為115nm~200nm，輻照度為0.01W/m2~1W/m2，輻照度不均勻性不超過±15%。6.4熱循環(huán)系統(tǒng)6.4.1熱循環(huán)系統(tǒng)的變溫臺(tái)表面配備溫度傳感器，測(cè)溫精度優(yōu)于1℃。6.4.2熱循環(huán)系統(tǒng)的變溫范圍滿足熱循環(huán)試驗(yàn)的需求，一般最低溫度低于-100℃,最高溫度高于100℃。6.4.3熱循環(huán)系統(tǒng)溫度控制精度應(yīng)優(yōu)于±2℃。6.5儀器6.5.1天平：推薦使用電子天平，量程0g~40g，感量0.00001g。6.5.2氣體流量計(jì)：量程0sccm~20sccm，控制精度0.1sccm。6.5.3紫外光源：200nm~400nm紫外光源可采用超高壓汞燈、超高壓汞氙燈、超高壓氙燈等，需濾除其中的可見光和紅外光；200nm以下的紫外光源可采用氫燈、氘燈或其它氣體放電燈。6.5.4紫外輻照度計(jì)：測(cè)試精度優(yōu)于1W/m2。6.5.5氧氣瓶：高純氧，純度不低于99.9%。7試樣7.1試樣尺寸應(yīng)滿足性能測(cè)試要求。7.2每種試樣應(yīng)至少制備五個(gè)，通過外觀和性能測(cè)試選出三個(gè)或三個(gè)以上試樣參與試驗(yàn)，并分別編號(hào)，具體按技術(shù)文件要求。有多個(gè)試樣時(shí)，應(yīng)記錄試樣安裝位置圖。7.3試樣的其它要求按GJB2502.1中規(guī)定進(jìn)行，對(duì)于破壞性測(cè)試試樣設(shè)置參照試樣，參照試樣與被檢試樣為同一批材料，并按7.2的要求準(zhǔn)備；參照試樣測(cè)試的性能參數(shù)為試驗(yàn)前性能數(shù)據(jù)。8試驗(yàn)步驟8.1試驗(yàn)前準(zhǔn)備8.1.1檢查試驗(yàn)設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)。8.1.2檢查試驗(yàn)設(shè)備是否清潔、無污染，必要時(shí)使用無水乙醇進(jìn)行清洗。8.1.3用已知原子氧剝蝕速率的標(biāo)準(zhǔn)試樣KaptonH或HN（剝蝕率為3×10-24cm3/OAtoms）標(biāo)定原子氧通量密度。在標(biāo)定過程中通過調(diào)節(jié)微波源的輸出功率來改變?cè)友醯耐棵芏?。?biāo)定完畢后，將試驗(yàn)條件固化。通量密度數(shù)值由公式（1）給出。5T/CSTM01323—2024Φ—原子氧通量密度,單位為氧原子每平方厘米每秒（OAtoms/cm2?sΔmc—標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)前后的質(zhì)損，單位為克（g）；Ac—標(biāo)準(zhǔn)試樣的暴露面積，單位為平方厘米（cm2ηc—標(biāo)準(zhǔn)試樣的原子氧作用系數(shù)，單位為平方厘米每氧原子（cm2/OAtoms）；pc—標(biāo)準(zhǔn)試樣的密度，單位為克每立方厘米（g/cm3，KaptonH密度：1.42g/cm3τc—標(biāo)準(zhǔn)試樣在原子氧中的暴露時(shí)間單位為秒（s）。8.1.4用紫外輻照度計(jì)標(biāo)定紫外輻照度。8.1.5按照7.2進(jìn)行試樣準(zhǔn)備。8.1.6按照技術(shù)文件要求測(cè)試試驗(yàn)前試樣性能測(cè)試。8.1.7將試樣及參照試樣放在干燥器皿中24h后，從干燥器皿中取出試樣，用天平稱量試樣質(zhì)量并記錄，非金屬材料應(yīng)在壓力低于2.0×10-1Pa的條件下保持48h后，用天平稱量質(zhì)量并記錄。8.1.8將試樣裝入原子氧/紫外輻照/熱循環(huán)綜合試驗(yàn)設(shè)備的真空室中，記錄各試樣名稱和試樣序號(hào)。8.1.9將試樣固定在試樣臺(tái)上。8.1.10記錄試樣在試樣臺(tái)上的位置，對(duì)試樣進(jìn)行拍照記錄。8.2試驗(yàn)過程8.2.1將試樣放置完成后，關(guān)閉真空室。8.2.2啟動(dòng)真空機(jī)組，使真空室壓力優(yōu)于1.3×10-3Pa。8.2.3打開熱沉，開始降溫。8.2.4打開氣體流量計(jì)，將純度為99.9%的氧氣送入真空室中，真空室壓力不高于1Pa。8.2.5開啟原子氧系統(tǒng)，通量密度按8.1.3標(biāo)定結(jié)果。8.2.6開啟紫外輻照系統(tǒng)，輻照度滿足6.3中的規(guī)定。8.2.7開啟熱循環(huán)系統(tǒng)，熱循環(huán)試驗(yàn)條件按6.4中的規(guī)定。8.2.8進(jìn)行原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)綜合作用，試驗(yàn)過程中保持試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)穩(wěn)定，并記錄開始作用的時(shí)間。8.2.9原子氧累積通量、紫外輻照劑量與熱循環(huán)次數(shù)不能全程同時(shí)進(jìn)行時(shí)，將試驗(yàn)時(shí)間少的因素分段與試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)的因素共同作用，或按技術(shù)要求規(guī)定執(zhí)行。8.2.10每24小時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄試驗(yàn)下列設(shè)備參數(shù)，并及時(shí)調(diào)節(jié)相應(yīng)強(qiáng)度，使之滿足試驗(yàn)要求：a)熱沉溫度和真空室真空度等參數(shù)；b)原子氧：靶電壓強(qiáng)度、原子氧通量；c)紫外輻照：光源輻射照度、紫外輻照劑量；d)熱循環(huán)：最高溫度、最低溫度、熱循環(huán)次數(shù)。8.2.11試驗(yàn)過程中試樣的性能測(cè)試按技術(shù)文件要求。8.2.12當(dāng)原子氧累積通量、紫外輻照總劑量和熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到要求后，關(guān)閉原子氧、紫外輻照和熱循環(huán)的電源，并記錄停止綜合輻照試驗(yàn)的時(shí)間。8.2.13待熱沉及熱循環(huán)系統(tǒng)回溫到室溫后，停機(jī)復(fù)壓，將試樣從真空室中取出。8.3試驗(yàn)后試樣的檢查與測(cè)試8.3.1目視檢查試樣有無龜裂、剝落，起泡和變色等現(xiàn)象。8.3.2試驗(yàn)后試樣的測(cè)試按技術(shù)文件要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。8.4試驗(yàn)中斷及處理8.4.1原子氧系統(tǒng)故障真空環(huán)境不破壞時(shí)，應(yīng)先將設(shè)備恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，按原試驗(yàn)參數(shù)繼續(xù)試驗(yàn)，直至達(dá)到要求。6T/CSTM01323—20248.4.2紫外輻照系統(tǒng)故障真空環(huán)境不破壞時(shí)，應(yīng)先將設(shè)備恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，按原試驗(yàn)參數(shù)繼續(xù)試驗(yàn)，直至達(dá)到要求。8.4.3熱循環(huán)系統(tǒng)故障真空環(huán)境不破壞時(shí)，應(yīng)先將設(shè)備恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，按原試驗(yàn)參數(shù)繼續(xù)試驗(yàn)，直至達(dá)到要求。8.4.4真空系統(tǒng)故障真空系統(tǒng)出現(xiàn)故障或其它意外導(dǎo)致試驗(yàn)停止，輻照室真空度在10Pa內(nèi)，可在恢復(fù)真空度后繼續(xù)試驗(yàn)，直至達(dá)到要求。若輻照室真空度超過10Pa，應(yīng)更換試樣，重新開始試驗(yàn)。9試驗(yàn)結(jié)果9.1原子氧通量計(jì)算試樣承受的原子氧通量按公式（2）計(jì)算。式中：(2)(2)F—試樣承受的原子氧通量，單位為氧原子每平方厘米（OAtoms/cm2t—試樣在原子氧中的暴露時(shí)間，單位為秒（s）。9.2原子氧剝蝕率計(jì)算按公式（3）計(jì)算試驗(yàn)材料的原子氧剝蝕率。式中：Re—試樣的剝蝕率，單位為立方厘米每氧原子（cm3/OAtoms）；Δm—原子氧/紫外輻照/熱循環(huán)綜合作用下，試樣損失的質(zhì)量，單位為克（gP—試樣的密度，單位為克每立方厘米（g/cm3Φ—原子氧通量密度，單位為氧原子每平方厘米每秒（OAtoms/cm2?s）；t—試樣在原子氧中的暴露時(shí)間，單位為秒（s）；A—驗(yàn)試樣的暴露面積，單位為平方厘米（cm2）。9.3厚度損失計(jì)算按公式（4）計(jì)算試驗(yàn)材料的厚度損失。ΔX=F×ΔRe······························································(4)式中：ΔX—試樣的厚度損失，單位為厘米（cm）；e—試樣的剝蝕率，單位為立方厘米每氧原子（cm3/OAtomsF—試樣承受的原子氧通量，氧原子每平方厘米（OAtoms/cm2）。9.4其它數(shù)據(jù)根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書或有關(guān)技術(shù)文件的規(guī)定計(jì)算性能變化值。10試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容（但不限