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嘉峪檢測網(wǎng) 2025-11-14 21:07
01概述
自 20 世紀 60 年代起,各種在軌空間飛行器日漸增多,空間飛行器的機械結(jié)構(gòu)和服役環(huán)境也日益復雜,尤其是載人航天任務對接機構(gòu)與深空探測任務活動機構(gòu)處于長時間壓緊狀態(tài),使得一些空間部件發(fā)生粘接、卡滯等故障,從而使各國研究人員開始關注空間冷焊現(xiàn)象。1989年NASA發(fā)射的伽利略號探測器在太空中飛行了一年多后,其高增益天線中的3根骨架因為潤滑物質(zhì)以及氧化物在真空環(huán)境中磨損殆盡,與其他金屬部件粘結(jié)在了一起,導致無法打開,當時把這種故障的原因統(tǒng)歸于空間環(huán)境造成的冷焊現(xiàn)象。冷焊的發(fā)生對在高真空或超高真空環(huán)境中的空間飛行器的正常運行造成巨大風險。

圖1來源于文獻
02真空冷焊產(chǎn)生機理
正常大氣條件下,金屬固體表面存在著氣體的物理、化學吸附膜和金屬氧化層等污染物,而且氣體本身也可以起到潤滑作用。因此,在大氣中固體與固體間的表面接觸其實是吸附膜、金屬氧化層等污染物之間的接觸,而非固體與固體之間的原子級接觸。當金屬固體處于超高真空條件下時,一般認為真空度達到10-6 Pa,金屬表面吸附的氣體釋放,非金屬污染層解析消失,當金屬氧化層受外力破裂時,金屬表面之間的潤滑物質(zhì)不復存在,金屬與金屬直接接觸,金屬間的摩擦力會陡然增大數(shù)十倍以上。此時,金屬原子便會因彼此擴散而產(chǎn)生不同程度的粘合現(xiàn)象。一旦金屬表面達到了原子級的清潔程度,在一定的壓力載荷下就會形成進一步的整體粘著,最終發(fā)生冷焊現(xiàn)象。

圖2來源于文獻
03真空冷焊試驗標準
目前,國內(nèi)公開發(fā)行的真空冷焊測試規(guī)范,主要有QJ 2630.5-98 《衛(wèi)星組件空間環(huán)境試驗方法-真空冷焊試驗》、QJ 20422.5-2016《航天器組件環(huán)境試驗方法 第5部分:真空冷焊試驗》,以及QJ 2213.1-91《繼電器特殊環(huán)境試驗方法超高真空冷焊試驗》等。
04真空冷焊試驗能力
開展地面模擬超高真空冷焊試驗的前提條件是具備可以最大限度降低真空度并可以在較長時間內(nèi)維持該真空度的試驗設備。元器件與材料研究院擁有極限真空度優(yōu)于7.0×10-8Pa的真空冷焊試驗裝置,同時具備電磁繼電器壽命試驗系統(tǒng)、分離脫落連接器試驗系統(tǒng)、開關壽命試驗系統(tǒng)等驅(qū)動設備,以及擁有SEM、3DXray、繼電器綜合參數(shù)測試儀等表征手段,能夠根據(jù)標準對電磁繼電器、分離脫落連接器、開關、機械活動機構(gòu)、金屬觸點等開展防冷焊性能評估和可靠性評價。
真空容器有效空間:Φ600mm×1200mm;
樣品臺尺寸:120 mm×300mm;
極限真空度:常溫下優(yōu)于7.0×10-8Pa;
試驗溫度范圍:-100℃~+130℃。

圖3:真空冷焊設備

圖4:真空冷焊樣品臺

來源:Internet