長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，具體過程為：利用空間環(huán)境地面模擬設(shè)備對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜進(jìn)行單一空間環(huán)境模擬試驗(yàn)和空間綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)試空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜光學(xué)性能，獲得其空間環(huán)境作用下的光學(xué)性能變化規(guī)律；利用表面分析技術(shù)分析空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，獲取其微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律；建立長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用前后的光學(xué)性能變化與微觀結(jié)構(gòu)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得微觀結(jié)構(gòu)變化對(duì)光學(xué)性能影響，以此為基礎(chǔ)獲得空間環(huán)境作用下長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜失效機(jī)理。為空間光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。本發(fā)明獲取的實(shí)效機(jī)理為長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
【專利說明】長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，屬于材料失效分析【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]航天器長(zhǎng)壽命、高可靠保障技術(shù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，材料是組成航天器的最基本單元之一，而其性能水平將直接影響到航天器在軌的可靠性和壽命。光學(xué)薄膜技術(shù)是一項(xiàng)古老而又新型的光學(xué)技術(shù)，光學(xué)薄膜是現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)重要分支，同時(shí)也是現(xiàn)代光學(xué)儀器和各種光學(xué)器件的重要組成部分?？臻g光學(xué)薄膜技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)獨(dú)特的光學(xué)薄膜應(yīng)用技術(shù)，為空間探測(cè)、遙感等提供了技術(shù)基礎(chǔ)。光學(xué)薄膜在成像光學(xué)系統(tǒng)中主要用于光譜選擇、能量增強(qiáng)以及色差均衡等，如深空觀測(cè)的哈勃望遠(yuǎn)鏡、資源衛(wèi)星紅外光譜儀、氣象衛(wèi)星相機(jī)、海洋衛(wèi)星等。
[0003]隨著航天器使用壽命不斷增加，光學(xué)薄膜在空間飛行中要經(jīng)受的紫外輻照、原子氧侵蝕、帶電粒子輻照等各種環(huán)境條件影響時(shí)間更長(zhǎng)，條件更為苛刻。空間環(huán)境對(duì)其功能和性能影響也逐漸變大，暴露在艙外的高反鏡、增透鏡等光學(xué)元件表面的高反膜、增透膜等光學(xué)薄膜容易受到損傷，損傷的表現(xiàn)形式主要是薄膜開裂、脫落、折射率及光學(xué)厚度發(fā)生變化，這將影響光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)，造成系統(tǒng)性能惡化。因此空間環(huán)境會(huì)引起光學(xué)薄膜性能退化和失效。因此建立長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理研究方法將為研究我國長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用的物理和化學(xué)機(jī)理奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供依據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上分析，本發(fā)明針對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜在空間環(huán)境作用下性能退化和失效等問題，提出一種長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，具體步驟為:
[0007]步驟一、利用空間環(huán)境地面模擬設(shè)備對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜進(jìn)行單一空間環(huán)境模擬試驗(yàn)和空間綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)試空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜光學(xué)性能，獲得其空間環(huán)境作用下的光學(xué)性能變化規(guī)律；
[0008]步驟二、利用表面分析技術(shù)分析空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，獲取其微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律；
[0009]步驟三、建立長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用前后的光學(xué)性能變化與微觀結(jié)構(gòu)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得微觀結(jié)構(gòu)變化對(duì)光學(xué)性能影響，以此為基礎(chǔ)獲得空間環(huán)境作用下長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜失效機(jī)理。為空間光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。
[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述單一空間環(huán)境模擬試驗(yàn)包括原子氧模擬試驗(yàn)、紫外輻照試驗(yàn)、電子輻照試驗(yàn)和質(zhì)子輻照試驗(yàn)。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述空間綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)包括原子氧和紫外輻照綜合模擬試驗(yàn)，紫外和電子綜合輻照試驗(yàn)，紫外和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)，電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)，紫外、電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明用于進(jìn)行所述紫外輻照試驗(yàn)、所述電子輻照試驗(yàn)、所述質(zhì)子輻照試驗(yàn)、所述紫外和電子綜合輻照試驗(yàn)、所述紫外和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)、所述電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)、所述紫外、電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)的設(shè)備及測(cè)試光學(xué)性能的設(shè)備主要由電子輻照系統(tǒng)、質(zhì)子輻照系統(tǒng)、遠(yuǎn)紫外線發(fā)生源、近紫外發(fā)生源、真空樣品室、樣品臺(tái)、真空抽氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)組成；樣品放入處于真空樣品室內(nèi)的樣品臺(tái)上，真空抽氣系統(tǒng)對(duì)真空樣品室進(jìn)行抽真空，真空達(dá)到試驗(yàn)需求真空度后，通過控制系統(tǒng)分別控制電子輻照系統(tǒng)、質(zhì)子輻照系統(tǒng)、遠(yuǎn)紫外線發(fā)生源和近紫外發(fā)生源，產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的電子、質(zhì)子和/或紫外線，對(duì)樣品進(jìn)行電子、質(zhì)子和/或紫外單一環(huán)境效應(yīng)和綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)，光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)用于原位測(cè)量樣品的透射率和反射率。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明進(jìn)行所述原子氧模擬試驗(yàn)、所述原子氧和紫外輻照綜合模擬試驗(yàn)的設(shè)備和測(cè)試光學(xué)性能的設(shè)備主要由氧氣輸入系統(tǒng)、微波等離子體同軸源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、紫外輻照系統(tǒng)、電磁線圈系統(tǒng)、中性化系統(tǒng)、樣品架、樣品室、真空抽氣系統(tǒng)及光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)組成；樣品放入處于真空樣品室內(nèi)的樣品架上，真空抽氣系統(tǒng)對(duì)真空樣品室進(jìn)行抽真空，真空達(dá)到試驗(yàn)需求真空度后，通過控制系統(tǒng)控制微波等離子體同軸源系統(tǒng)、氧氣輸入系統(tǒng)、電磁線圈系統(tǒng)及中性化系統(tǒng)產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的中性氧原子；通過控制系統(tǒng)控制紫外輻照系統(tǒng)，產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的紫外線；對(duì)樣品進(jìn)行原子氧、紫外單一和綜合效應(yīng)模擬試驗(yàn)，光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)用于原位測(cè)量樣品的透射率和反射率。
[0014]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜微觀組織結(jié)構(gòu)分析采用X射線光電子能譜儀對(duì)空間環(huán)境作用前后的長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的元素組成、元素化學(xué)態(tài)和不同化合態(tài)元素的原子百分比濃度進(jìn)行分析；采用原子力顯微鏡對(duì)空間環(huán)境作用前后的長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的表面形貌進(jìn)行分析。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0016]本發(fā)明利用表面分析技術(shù)開展長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用前后的微觀組織結(jié)構(gòu)分析，研究其微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，建立宏觀性能退化與微觀變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究微觀結(jié)構(gòu)對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜性能的影響，以此為基礎(chǔ)判斷空間環(huán)境作用下長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜失效情況。為我國長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1一長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法的示意圖。
[0018]圖2 — RHM空間綜合環(huán)境因素試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖；
[0019]其中1-電子輻照系統(tǒng)(電子加速器)，2-質(zhì)子輻照系統(tǒng)(質(zhì)子加速器)，3-輻射屏蔽裝置，4-遠(yuǎn)紫外線發(fā)生源，5-控制系統(tǒng)，6-近紫外發(fā)生源，7-真空樣品室，8-樣品臺(tái)，9-真空抽氣系統(tǒng)。
[0020]圖3—微波原子氧/紫外模擬試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖；
[0021]其中10-氧氣輸入系統(tǒng)，11-微波等離子體同軸源系統(tǒng)，12-控制系統(tǒng)，13-紫外輻照系統(tǒng)，14-電磁線圈1，15-電磁線圈2，16-電磁線圈3，17-中性化系統(tǒng)，18-電磁線圈4，19-樣品架，20-線圈電源，21-樣品室及真空抽氣系統(tǒng)，22-光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，如圖1所示，具體步驟為:
[0024]步驟一、利用空間環(huán)境地面模擬設(shè)備對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜進(jìn)行單一空間環(huán)境模擬試驗(yàn)和空間綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)試空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜光學(xué)性能，獲得其空間環(huán)境作用下的性能變化規(guī)律。
[0025]步驟二、利用表面分析技術(shù)分析空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，獲取其微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律；
[0026]步驟三、建立長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用前后的光學(xué)性能變化與微觀結(jié)構(gòu)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得微觀結(jié)構(gòu)變化對(duì)光學(xué)性能影響，以此為基礎(chǔ)獲得空間環(huán)境作用下長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜失效機(jī)理，根據(jù)該失效機(jī)理為空間光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。
[0027]本發(fā)明單一空間環(huán)境模擬試驗(yàn)包括原子氧模擬試驗(yàn)、紫外輻照試驗(yàn)、電子輻照試驗(yàn)和質(zhì)子輻照試驗(yàn)；空間綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)包括原子氧和紫外輻照綜合模擬試驗(yàn)，紫外和電子綜合輻照試驗(yàn)，紫外和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)，電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)，紫外、電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)。本發(fā)明在上述空間環(huán)境下分別進(jìn)行光學(xué)性能測(cè)試和分析，因此針對(duì)每一空間環(huán)境可以獲得與其對(duì)應(yīng)的光學(xué)性能(透射率和反射率)隨時(shí)間變化的變化規(guī)律。
[0028]本發(fā)明長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境效應(yīng)模擬試驗(yàn)的紫外輻照和帶電粒子(電子、質(zhì)子)輻照等空間環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備(RHM空間綜合環(huán)境因素試驗(yàn)設(shè)備)和測(cè)試光學(xué)性能的設(shè)備如圖2所示，主要由電子輻照系統(tǒng)、質(zhì)子輻照系統(tǒng)、遠(yuǎn)紫外線發(fā)生源、近紫外發(fā)生源、真空樣品室、樣品臺(tái)、真空抽氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)組成；樣品放入處于真空樣品室內(nèi)的樣品臺(tái)上,真空抽氣系統(tǒng)對(duì)真空樣品室進(jìn)行抽真空,真空達(dá)到試驗(yàn)需求真空度后,通過控制系統(tǒng)分別控制電子輻照系統(tǒng)、質(zhì)子輻照系統(tǒng)、遠(yuǎn)紫外線發(fā)生源和近紫外發(fā)生源，產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的電子、質(zhì)子和/或紫外線，對(duì)樣品進(jìn)行電子、質(zhì)子和/或紫外單一環(huán)境效應(yīng)和綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)，光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)用于原位測(cè)量樣品的透射率和反射率。
[0029]同時(shí)該設(shè)備中還安裝有輻射屏蔽裝置用于防止輻射泄漏。
[0030]下面以輻照試驗(yàn)為例詳細(xì)說明環(huán)境模擬試驗(yàn)，具體步驟為:
[0031]根據(jù)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜所處軌道和在軌時(shí)間，其所受到的帶電粒子輻照的能量、注量和總注量不同，因此，試驗(yàn)過程中將根據(jù)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜所處軌道和在軌時(shí)間，調(diào)節(jié)帶電粒子的能量和注量率。本發(fā)明以長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜運(yùn)行于地球同步軌道(GEO) 15年為例。
[0032]A)對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，保證設(shè)備正常工作；
[0033]B)將試樣安裝于真空室的樣品臺(tái)上，關(guān)閉真空室，對(duì)真空室、電子輻照系統(tǒng)、質(zhì)子輻照系統(tǒng)抽真空，真空度優(yōu)于1.3 X 10? ；
[0034]C)真空度達(dá)到試驗(yàn)要求后，調(diào)節(jié)電子加速器，使其產(chǎn)生試驗(yàn)所需的電子束流能量為40keV，注量率為2X101Qe/cm2.sec，總注量為2.0 X 1016e/cm2 ;調(diào)節(jié)質(zhì)子加速器，使其產(chǎn)生試驗(yàn)所需的質(zhì)子束流能量為40keV，注量率:2X109e/cm2.sec，總注量為2.0 X 1015e/cm2 ；調(diào)節(jié)紫外光源，設(shè)定紫外總輻照量5000ESH，加速系數(shù)5倍太陽常數(shù)即5EUVSH ；
[0035]D)電子和質(zhì)子總注量按達(dá)到相當(dāng)于在軌O年、I年、2年、3年、4年、5年、6年、7年、8年、9年、10年，11年，12年、13年、14年，15年，在每段輻照中，紫外全過程輻照，電子、質(zhì)子達(dá)到相應(yīng)通量后停止輻照。為了避免長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜在真空輻照試驗(yàn)后暴露大氣出現(xiàn)透射率和反射率恢復(fù)的現(xiàn)象(恢復(fù)效應(yīng))，按要求在試驗(yàn)過程中對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜進(jìn)行透射率、反射率測(cè)試原位測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行表面分析，并測(cè)量試樣的質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算試樣的質(zhì)量損失率，并進(jìn)行光學(xué)性能測(cè)試分析。
[0036]如圖3所示，本發(fā)明進(jìn)行所述原子氧模擬試驗(yàn)、所述原子氧和紫外輻照綜合模擬試驗(yàn)和測(cè)試光學(xué)性能的設(shè)備和測(cè)試光學(xué)性能的設(shè)備主要由氧氣輸入系統(tǒng)、微波等離子體同軸源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、紫外輻照系統(tǒng)、電磁線圈系統(tǒng)(包括4個(gè)電磁線圈和I個(gè)線圈電源)、中性化系統(tǒng)、樣品架、樣品室及真空系統(tǒng)(包括樣品室和真空抽氣系統(tǒng))及光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)組成。
[0037]樣品放入處于真空樣品室內(nèi)的樣品架上，真空抽氣系統(tǒng)對(duì)真空樣品室進(jìn)行抽真空，真空達(dá)到試驗(yàn)需求真空度后，通過控制系統(tǒng)控制微波等離子體同軸源系統(tǒng)、氧氣輸入系統(tǒng)、電磁線圈系統(tǒng)及中性化系統(tǒng)產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的中性氧原子；通過控制系統(tǒng)控制紫外輻照系統(tǒng)，產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的紫外線；對(duì)樣品進(jìn)行原子氧、紫外單一和綜合效應(yīng)模擬試驗(yàn)，光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)用于原位測(cè)量樣品的透射率和反射率。
[0038]原子氧模擬試驗(yàn)設(shè)備工作的基本原理:由微波等離子體同軸源產(chǎn)生頻率為
2.45MHz、功率為150?1500W可調(diào)的微波能量，并將微波能量耦合。在微波能量的作用下，氧氣被離解為氧等離子體(02+、0+、e等)，并在磁場(chǎng)的約束作用下，可形成112?113CnT3的高密度氧等離子體。中性化板加負(fù)偏壓，加速等離子態(tài)中的氧離子(0+)，使其獲得定向能量。氧離子(0+)入射到中性化板上并從中得到電子，復(fù)合成中性氧原子(0++e = O)。中性氧原子保留入射能量的大部分，形成一束中性原子氧束。
[0039]其中，原子氧環(huán)境只存在于地地球軌道(LEO)，因此，本發(fā)明以長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜運(yùn)行于地地球軌道(LEO) 15年為例。
[0040]試驗(yàn)方法及步驟:
[0041]a)對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗，保證設(shè)備正常工作時(shí)的清潔；
[0042]b)試驗(yàn)前,稱量試樣的質(zhì)量,將試樣置于樣品架上；
[0043]c)開啟真空抽氣系統(tǒng)，直到樣品室真空度達(dá)到1.3X 10? ；
[0044]d)標(biāo)定原子氧通量密度為Φ = I X 1016atoms/cm2.s(±10% )，設(shè)定原子氧通量為3.5 X 1021atoms/cm2,原子氧能量為5?8eV ；
[0045]e)調(diào)節(jié)紫外光源，設(shè)定紫外輻照劑量為5000ESH(等效太陽小時(shí))，加速系數(shù)5倍太陽常數(shù)(即5EUVSH)；
[0046]f)對(duì)試樣進(jìn)行原子氧、紫外輻照試驗(yàn)；
[0047]g)當(dāng)原子氧通量達(dá)到要求的原子氧總通量時(shí)，為了避免長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜在真空輻照試驗(yàn)后暴露大氣出現(xiàn)透射率和反射率恢復(fù)的現(xiàn)象(恢復(fù)效應(yīng))，按要求在試驗(yàn)過程中對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜進(jìn)行透射率、反射率測(cè)試原位測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行表面分析，并測(cè)量試樣的質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算試樣的質(zhì)量損失率，并進(jìn)行光學(xué)性能測(cè)試分析。
[0048]長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜光學(xué)性能測(cè)試根據(jù)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜用途和性能，測(cè)試長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境效應(yīng)作用前后的質(zhì)量、透射率、反射率。
[0049]質(zhì)量測(cè)量:采用微量天平測(cè)量長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境效應(yīng)前后質(zhì)量。
[0050]透射率和反射率:基于光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，即采用測(cè)量系統(tǒng)中的分光光度計(jì)測(cè)量長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境效應(yīng)前后的透射率和反射率。為了避免長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜在真空輻照試驗(yàn)后暴露大氣出現(xiàn)透射率和反射率恢復(fù)的現(xiàn)象(恢復(fù)效應(yīng))，因此采用RHM空間綜合環(huán)境因素試驗(yàn)設(shè)備和原子氧/紫外模擬試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部安裝Lambda950的分光光度計(jì)在連續(xù)輻射試驗(yàn)的情況下，進(jìn)行透射率和反射率原位測(cè)量。
[0051]長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境下性能退化規(guī)律研究，分析空間環(huán)境對(duì)航天器材料宏觀性能影響，研究和總結(jié)單一原子氧、紫外、質(zhì)子、電子輻照試驗(yàn)和綜合效應(yīng)下航天器材料性能退化規(guī)律。
[0052]長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜微觀分析采用X射線光電子能譜儀對(duì)空間環(huán)境作用前后的長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的元素組成、化學(xué)態(tài)及其分布等微觀信息進(jìn)行分析。采用原子力顯微鏡對(duì)空間環(huán)境作用前后的長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的表面結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行分析?？梢缘玫介L(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境效應(yīng)前后的表面形貌分析、表面成分分析和表面結(jié)構(gòu)分析等微觀信息。
[0053]長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理研究:長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下的性能退化和失效起源于表面。長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的性能是由其表面的微觀結(jié)構(gòu)所決定的，長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜在失效過程中微觀變化一定會(huì)反映到宏觀性能上。因此結(jié)合理論建立空間環(huán)境效應(yīng)前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的宏觀性能變化與微觀變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析其微觀變化對(duì)宏觀性能退化的影響；以此為基礎(chǔ)研究空間環(huán)境作用下長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜失效機(jī)理。根據(jù)該失效機(jī)理為長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的性能改進(jìn)或設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【權(quán)利要求】
1.一種長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，其特征在于，具體步驟為: 步驟一、利用空間環(huán)境地面模擬設(shè)備對(duì)長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜進(jìn)行單一空間環(huán)境模擬試驗(yàn)和空間綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)試空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜光學(xué)性能，獲得其空間環(huán)境作用下的光學(xué)性能變化規(guī)律； 步驟二、利用表面分析技術(shù)分析空間環(huán)境作用前后長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，獲取其微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律； 步驟三、建立長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用前后的光學(xué)性能變化與微觀結(jié)構(gòu)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得微觀結(jié)構(gòu)變化對(duì)光學(xué)性能影響，以此為基礎(chǔ)獲得空間環(huán)境作用下長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜失效機(jī)理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，其特征在于，所述單一空間環(huán)境模擬試驗(yàn)包括原子氧模擬試驗(yàn)、紫外輻照試驗(yàn)、電子輻照試驗(yàn)和質(zhì)子輻照試驗(yàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，其特征在于，所述空間綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)包括原子氧和紫外輻照綜合模擬試驗(yàn)，紫外和電子綜合輻照試驗(yàn)，紫外和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)，電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)，紫外、電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，其特征在于，用于進(jìn)行所述紫外輻照試驗(yàn)、所述電子輻照試驗(yàn)、所述質(zhì)子輻照試驗(yàn)、所述紫外和電子綜合輻照試驗(yàn)、所述紫外和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)、所述電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)、所述紫外、電子和質(zhì)子綜合輻照試驗(yàn)的設(shè)備及測(cè)試光學(xué)性能的設(shè)備主要由電子輻照系統(tǒng)、質(zhì)子輻照系統(tǒng)、遠(yuǎn)紫外線發(fā)生源、近紫外發(fā)生源、真空樣品室、樣品臺(tái)、真空抽氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)組成；樣品放入處于真空樣品室內(nèi)的樣品臺(tái)上，真空抽氣系統(tǒng)對(duì)真空樣品室進(jìn)行抽真空，真空達(dá)到試驗(yàn)需求真空度后，通過控制系統(tǒng)分別控制電子輻照系統(tǒng)、質(zhì)子輻照系統(tǒng)、遠(yuǎn)紫外線發(fā)生源和近紫外發(fā)生源，產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的電子、質(zhì)子和/或紫外線，對(duì)樣品進(jìn)行電子、質(zhì)子和/或紫外單一環(huán)境效應(yīng)和綜合環(huán)境模擬試驗(yàn)，光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)用于原位測(cè)量樣品的透射率和反射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，其特征在于，進(jìn)行所述原子氧模擬試驗(yàn)、所述原子氧和紫外輻照綜合模擬試驗(yàn)的設(shè)備和測(cè)試光學(xué)性能的設(shè)備主要由氧氣輸入系統(tǒng)、微波等離子體同軸源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、紫外輻照系統(tǒng)、電磁線圈系統(tǒng)、中性化系統(tǒng)、樣品架、樣品室、真空抽氣系統(tǒng)及光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)組成；樣品放入處于真空樣品室內(nèi)的樣品架上，真空抽氣系統(tǒng)對(duì)真空樣品室進(jìn)行抽真空，真空達(dá)到試驗(yàn)需求真空度后，通過控制系統(tǒng)控制微波等離子體同軸源系統(tǒng)、氧氣輸入系統(tǒng)、電磁線圈系統(tǒng)及中性化系統(tǒng)產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的中性氧原子；通過控制系統(tǒng)控制紫外輻照系統(tǒng)，產(chǎn)生符合空間環(huán)境要求的紫外線；對(duì)樣品進(jìn)行原子氧、紫外單一和綜合效應(yīng)模擬試驗(yàn)，光學(xué)原位測(cè)量系統(tǒng)用于原位測(cè)量樣品的透射率和反射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜空間環(huán)境作用下失效機(jī)理獲取方法，其特征在于，所述長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜微觀組織結(jié)構(gòu)分析采用X射線光電子能譜儀對(duì)空間環(huán)境作用前后的長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的元素組成、元素化學(xué)態(tài)和不同化合態(tài)元素的原子百分比濃度進(jìn)行分析；采用原子力顯微鏡對(duì)空間環(huán)境作用前后的長(zhǎng)壽命光學(xué)薄膜的表面形貌進(jìn)行分析。
【文檔編號(hào)】G01N21/59GK104237172SQ201410449517
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】張劍鋒, 郭云, 楊生勝, 王鹢, 秦曉剛, 高欣 申請(qǐng)人:蘭州空間技術(shù)物理研究所