ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОШКОВ ОКСИДА ИТТРИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК

Оксид иттрия (Y2O3) является одним из наиболее химически и физически стабильных полуторных оксидов [4]. Он обладает высокой температурой плавления (2430 °C) [1], большой шириной запрещённой зоны (5,60–5,78 эВ) [2], высоким показателем преломления (1,85-1,9) [3], высоким коэффициентом отражения в широкой области спектра и, следовательно, низким значением интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (as). В связи со своими свойствами, Y2O3 является привлекательным материалом для разработки на его основе терморегулирующих покрытий (ТРП) космических аппаратов (КА).
Поэтому целью настоящей работы является исследование и сравнение оптических свойств различных марок порошка Y2O3, для выявления лучшей марки порошка подходящей для дальнейшего применения в качестве порошка-пигмента при разработке ТРП КА.
В качестве объектов исследований использовали порошки микронных размеров Y2O3 различных марок: ИТО-ЛЮМ, ИТО-И и ИТО-В, производства ОАО «Уралредмет», Россия.
Согласно результатам рентгенофазового анализа, исследуемые марки Y2O3 обладают высокой степенью кристалличности, кристаллизуются в кубической сингонии, пространственная группа Ia3 и соответствуют кубической фазе Y2O3 (JCPDS No. 43-0661). Рефлексы примесных веществ обнаружены не были, что свидетельствует о высокой чистоте исследуемых марок. По результатам гранулометрического анализа, порошок Y2O3 марки ИТО-ЛЮМ характеризуется наименьшим средним размером частиц (Dср=4,41 мкм), в сравнении с ИТО-И (Dср=8,81 мкм) и ИТО-В (Dср=8,21 мкм).
Роль ТРП заключается в отражении электромагнитного излучения Солнца и переизлучении тепла, выделяющегося при работе бортовой аппаратуры. Согласно закону Стефана - Больцмана температура поверхности КА при прочих равных условиях пропорциональна коэффициенту поглощения as. Поэтому для уменьшения площади ТРП и радиаторов терморегулирования, для поддержания необходимой температуры необходимо уменьшать значение коэффициента поглощения as при разработке современных покрытий.
Рассчитанные значения коэффициента поглощения as по спектрам диффузного отражения ρλ в диапазоне 200-2500 нм, в соответствии с международными стандартами [5, 6], показывают, что порошок марки ИТО-ЛЮМ обладает значением as равным 0,059, данное значение значительно меньше, чем у пигментов TiO2 и ZnO (as ~ 0,14), широко применяемых в ТРП КА. Значения коэффициента поглощения as для марок ИТО-И и ИТО-В равны 0,065 и 0,064 соответственно.
Таким образом, результаты исследования показали, что все исследуемые марки порошков Y2O3 соответствуют кубической фазе и обладают высокой степенью чистоты и кристалличности. Для всех образцов характерно малое значение коэффициента поглощения as, а образец марки ИТО-ЛЮМ обладает наименьшим значением равным 0,059. Такое значение этой рабочей характеристики указывает на перспективность использования оксида иттрия для замены классических порошков-пигментов при разработке новых ТРП и проведения дальнейших терморадиационных испытаний.