[实用新型]用于防护微小空间碎片撞击的钛/钛合金表面防护膜结构

说明书

本实用新型公开了一种用于防护微小空间碎片撞击的钛/钛合金表面防护膜结构，包括形成在钛/钛合金表面的泡沫状多孔结构，以及形成于最外层的硬质封装膜，其中泡沫状多孔结构的孔径尺寸为50～200nm，具有三维连续结构；硬质封装膜为3～5层二氧化硅膜。该用于防护微小空间碎片撞击的钛/钛合金表面防护膜结构，其在钛/钛合金表面形成泡沫状多孔结构，可形成连续网状结构分散冲击挤压力，提高微小空间碎片撞击防护效果。

技术领域

本实用新型涉及航天器材料表面防护领域，具体为一种用于防护微小空间碎片撞击的钛/钛合金表面防护膜结构。

背景技术

随着人类太空活动日益频繁，空间碎片数量逐年大幅增加，对在轨航天器的威胁逐渐增加。在人类开展航天活动的空间内，特别在低地球轨道(LEO) 空间中，空间碎片已被认为是影响航天任务的一个现实问题。空间碎片探测活动表明，空间碎片随尺寸的减少，数量成倍增加。由空间碎片模式MASTER-2005 计算可知，绝大多数碎片来自直径1-1000μm之间的微小碎片，而小于1μm的碎片更是难以数计。相对于大碎片而言，空间微小碎片单次撞击虽不足以产生严重后果，但由于其数量巨大，长期累积撞击所产生的影响不可忽视。因此，空间微小碎片的累积撞击会对航天器材料和系统产生严重影响，已成为制约长寿命、高可靠性航天器发展的重要空间环境因素，必须开展空间微小碎片防护。

空间微小碎片撞击航天器表面可引起表面穿孔、等离子放电、碰撞污染、光学“砂蚀”效应等损伤，使航天器表面热控、光学等性能退化或结构受损。微小碎片防护方法主要着眼于结构和材料两方面。防护结构通常采用蜂窝结构、多孔泡沫结构，Wipple防护屏；防护材料包括高强铝、金属纤维板、碳/聚酰亚胺、 Nextel高强度陶瓷纤维、石英玻璃等强度高、重量轻、性能稳定的材料。然而，除改变航天器自身结构和材料外，对航天器材料表面改性提高抵抗环境影响也是重要途径之一。其中薄膜技术在空间环境表面防护中起到了相当大的作用，例如常见的SiO2、Al2O3、TiO2及类金刚石等无机硬质薄膜，有机硅氧烷等有柔性薄膜，以及有机/无机复合薄膜等。目前对于表面防护膜层主要集中于材质属性的研究，对于进一步细微结构化设计，还鲜有报道。

钛及其合金因此具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，成为重要的航空航天飞行器材料之一。特别是近年来，对于钛及其合金表面微/纳米结构设计已有大量报道。但是钛及其合金表面微/纳米结构设计主要集中在医用、光电能源等领域，对于航天领域的应用还很少。传统Wipple防护的防护结构体积和重量大、只强调航天器重点部分的防护，因此，微缩涂层化有利于航天器轻量化和增加空间碎片防护面积等优点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于防护微小空间碎片撞击的钛/钛合金表面防护膜结构，其在钛/钛合金表面形成泡沫状多孔结构，可形成连续网状结构分散冲击挤压力，提高微小空间碎片撞击防护效果。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种用于防护微小空间碎片撞击的钛/钛合金表面防护膜结构，包括形成在钛/钛合金表面的泡沫状多孔结构，以及形成于最外层的硬质封装膜。

进一步，所述泡沫状多孔结构的孔径尺寸为50～200nm，具有三维连续结构。

进一步，所述硬质封装膜为3～5层二氧化硅膜；更进一步，每层二氧化硅膜的厚度为60～120nm。