Способ определения стойкости материалов к воздействию атомарного кислорода

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК,1 й 1 ННОЕ ПАТЕНТНОЕСССР ГОСУДАРСТВ ВЕДОМСТВО (ГОСПАТЕНТ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оэф., ЬЭМ ОЧзобретение относится к физиче ам исследования изменений.по материалов при воздействии по ных частиц. вчастности, в плаз радиационной химии и может енено машино- и приборостроен нности при отработке аэрокос ехники. ния является повышееления стойкости мате- атомарного кислорода погрешностей, связан-акционной камере "зачески активных частиц скимЦелью изобрете верх- ние точности.опред токов риале к воздействию мохи- .путем исключения быть: ных с наличием в ре ии и в грязняющих", хими миче- кислорода. И метод ности актив мии,прим(21) 4816372/28 орбитального полета путем исключения по- (22) 20.03.90 грешностей, связанных с наличием в реак-.(46) 15.07;93, Бюл. М 26 цион ной камере "загрязняющих", . (71) Научно-производственное объединение химически активных частиц кислорода. В . "Молния" и Институт энергетических про- способе определения стойкости материала блемхимической физики АН СССР к воздействию атомарного кислорода, за- (72) Ю, И. Дорофеев, О, Н. Майоров, А. В. ключающемуся в диссациации кислорода с Милинчук и В. Е, Скурат образованием реакционной смеси, содержа- (56) В. Рп 9 п, , , Аглоге, чЧ. ауог, В;щей атомарный кислород, экспонировайии йасетте.аЬогатогу 9 пшатоп о 1очч Еаг 1 п образца материала в продуктах диссоциации огЬса Атогпс охуцеп птегас 1 оп аТЬв течение заданного времени измерении зрасесгай вцг 1 асез, ААА .23 гб Аегозрасе уноса материала образца с последующимЗс 1 епсез МееОпд, Запцагу 14-17, . расчетом коэффициента уноса массы мате/Репо. Йечада, ААА - 85-0477, риала атомарным кислородом, газообраз- (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ ный кислород диссоциируют воздействием МАТЕРИАЛОВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ АТО- монохроматического ультрафиолетового иэ- МАРНОГО КИСЛОРОДА . лучения в интервале длин волн 102-242,4 нм,;, (57) Изобретение .относится к физическим и экспонируют образцы материалов при не- методам исследования изменений поверх- .скольких различных давлениях газообразности материалов при воздействии потоков ного кислорода в реакционной камере Ррк, активных частиц, в частности к плазмохи- По замеренным данным определяют коэфмйи; радиационной химии и может быть фициент.уносамвтеривлаэкспонированноприменено в машино- и приборостроении и го образца для каждого давления, строят в особенности при отработке аэрокосмиче- зависимость коэффициента уноса материаской техники. Целью изобретения является ла от Рр, а коэффициент уноса массы матери- ф повышение точности определения в назем- ала атомарным кислородом принимают ОО ных условиях стойкости материала к воздей- рваным экстраполированномузначению кствию атомарного кислорода в условиях фициента укосе материала при Рр = О, 2 илДиссоциация газообразного кислорода в области поглощения ультрафиолетового излучения до порога ионизации кислорода при длине волны 102-242,4 нм обеспечивает увеличенный выход атомарного кислорода при снижении концентрации "загрязняющих" частиц, Длина Волны А = 102 нм - этопорог начала ионизации при фотодиссоциации молекулярного кислорода, а длина волн А = 242,2 нм - это порог начала фотодиссо циации молекулярного кислорода. Проведение замеров уноса материалов при нескольких значениях давления обеспечивает получение последовательного ряда коэффициентов уноса материала, зная которые можно рассчитать более точно значения коэффициента уноса массы материала атома рн ым кислородом.Нэ фиг. 1 представлена схема экспериментальной установки для осуществления данного способа; нэ фиг. 2 показан график зависимости коэффициента уноса массы материала от давления газообразного кислорода в реакционной камере Рр, поясняющий определение коэффициента уноса массы материала атомарным кислородом,Экспериментальная установка включает реакционную камеру 1 диаметром 3 см. На одном торце реакционной камеры размещено окно 2, прозрачное для вакуумного 30 ультрафиолетового света, перед которым размещена ксеноновая резонансная лампа КсР, испускающая монохроматическое излучение с длиной волны 147 нм, или криптоно-. вая резонансная лампа КрР, испускающая 35 монохроматическое излучение с длиной вол- ны 123,6 нм. Могут также использоваться другие резонансные источники ультрафиолетового излучения в диапазоне 102 - 242,4 нм, Интенсивность излучения 2,5 Е 14 40 кбант/с пи площади светового потока не более 4 см . Реакционная камера заполнена газообразным кислородом, давление которого изменялось в ходе эксперимента, Образец испытываемого материала 3 закрепляется 45 на стенке реакционной камеры, Вместе с ним в реакционной камере размещается датчик 4 атомарного кислорода или образец- свидетель. Эа экспериментальным участком реакционной камеры к ней присоединен отро сток 5 для вымораживания продуктов травления. Выходной патрубок 6 может использоваться для присоединения масс-спектрометра МХдля определения состава и количества образовавшихся продуктов травления не посредственно в ходе эксперимента, Образец 3 может закрепляться также на кварцевых микробалансовых весах, что позволит контролировать унос материала в ходе эксперимента. Патрубок 6 используется для изменения давления газообразного кислорода в реакционной камере. Реакционная камера оборудована средствами измерения давления и температуры, необходимыми для проведения экспериментов, которые нэ рисунке не показаны,П р и м е р, Образец пленки из ПММА толщиной 10 мкм и площадью 209 см с начальной массой 247 мг закреплен.на стенке реакционной камеры так, что его дальний конец находился на расстоянии 30 см от торца окна 2, а ближний на расстоянии 8. см, Реакционную камеру заполнили газообразным кислородом с давлением 100 Па. Зажигаем ксеноновую резонансную лампу и экспонируем образец в течение времени т с. По окончании экспонирования замеренный унос массы образца составил Ь в = =94,4 мкг. При давлении 100 Па практически все резонансное излучение поглотится в реакционной камере. Прй этом происходит реакция фотодиссоциации (1) и реакция тушения возбужденного состояния атомарного кислорода (2)О+ Ь м - 0(ЗР) + 0(10)К 20(10)+ 02 +0(ЗР)+ 02(Ь Хд ) Р)ф = 0,98-о,озРеакция (2) протекает при первом же столкновении, так как Кг = (0,75+0,15) х Есм / молекула с (4), Таким образом каждый квант света дает 2 атома 0(ЗР). При интенсивности светового потока 2,5 х Е 14 фотонов/с всего будет генерироваться ф= =5 х Е 14 атомов кислорода в секунду. Рассчетный коэффициент уноса массы материала в пересчете на атомарный кислород составит йе= Лв/т ф. ц(3), где о - плотность материала,йе=94,4/1,18 х 4000 х 5 х Е 14=40 х Есм/атом О.Понижая давление, проводим экспонирование образца при 90, 70, 40 и ЗО Па, При 30 Па экспонирование было увеличено до 5000 с, Получены соответственно уносы массы 77, 66, 45, 42 мкг. По формуле (3) рассчитываем коэффициент уносэ массы в пересчете на атомарный кислород для указанных давлений: 32,8 х Е, 28 х Е, 19,1 х х Еи 14,3 х Есм /этом О, Строим3график йе от давления Р. ГраФик приведен на фиг, 2, Экстраполируем зависимость до Рр = 0 и получаем коэфФициент уносэ массы материала при воздействии "чистого"атомарного кислорода 4 х Нсм /атом О, Данная величина близка к значениям реакционной эффективности Йе полиметилметакрилата, полученной при экспонировании на низкой околоземной орбите Ре - 3,1 х 5 х Есм /атом 0 (5), Это подтверждает, что предлагаемый способ позволяет достаточно точно определить стойкость материала к воздействию. атомарного кислорода в условиях низких околоземных орбит и может 10 быть использован для проверки материалов на стойкость при воздействии атомарного кислорода в наземных условиях. Сам метод достаточно прост, не требует сложного оборудования и может быть реализован в лю бых организациях, разрабатывающих космические аппараты и материалы для нихФормула изобретенияСпособ определения стойкости материалов к воздействию атомарного кислорода 20 по которому при фотодиссоциации газообразного кислорода под действием ультрафиолетового излучения с образованием реакционной смеси. содержащей. атомарный кис- лород, испытывается образец в продуктах дис социации, измеряется унос материале эа время испытания и определяется степень уноса материала образца относительно параметра, характерйзующего количество атомарного кислорода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения в наземных условиях стойкости материалов к воздействию атомарного кислорода в условиях орбитального полета путем уменьшения посторонних примесей, в качестве ультрафиолетового излучения выбирают монохроматическое излучение в диапазоне длин волны 102-242,4 нм, испы- . тание.,образцов в продуктах диссоциации осуществляют при нескольких различных давлениях газообразногоислорода, в качестве параметра, характеризующего количество атомарного кислорода, используют его давление, степень износа материала образца, определяют для каждого значения давления, и в качестве параметра, характеризующего стойкость материала, используют экстраполируемое значение коэффициента износа при давлении газообразного кислорода, равного нулю.1827588 Фиг С,патрушев едактор е КИТ СССР зводственно Заказ 23% ВЙИИПИ Госуда оставитель:Ю,ДорофеРед М,Мбргентал Тираж, Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям 3035, Москва, Ж, Раушская наб 4/б тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10