ICS49.020 CCSV04 中华人民共和国国家标准 GB/T44782—2024 空间站无容器材料实验柜 实验样品地面制备规范 ContainerlessmaterialsprocessingrackinSpaceStation—Groundpreparation specificationforexperimentsamples 2024-10-26发布 2025-02-01实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC312)归口。 本文件起草单位:中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院金属研究所、中国科学院空间应用工 程与技术中心、北京国科环宇科技股份有限公司。 本文件主要起草人:汤美波、刘学超、余建定、李勤、贺欢、倪津崎、方婧红、潘秀红、张明辉、罗兴宏、 张立宪、梁学锋。 ⅠGB/T44782—2024 空间站无容器材料实验柜 实验样品地面制备规范 1 范围 本文件规定了在空间站无容器材料实验柜内进行科学实验的样品要求和地面样品制备、过程记录 和测试报告的要求,描述了其试验方法。 本文件适用于在地面制备和试验检验用于空间站无容器材料实验柜静电悬浮设备或其地面镜像设 备开展科学实验的样品。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T30114.1 空间科学及其应用术语 第1部分:基础通用 GB/T30114.7 空间科学及其应用术语 第7部分:微重力科学 GB/T37469—2019 空间材料科学实验 样品管理规范 GB/T37844—2019 空间材料科学实验 固体实验样品制备规范 3 术语和定义 GB/T30114.1、GB/T30114.7、GB/T37844—2019和GB/T37469—2019界定的以及下列术语和 定义适用于本文件。 3.1 轴心机构 movableinterchamber 静电悬浮装置中实现样品释放和回收功能的可移动的内部腔体机构。 3.2 样品盒 samplecartridgeassembly 与轴心机构配套开展实验的用于存放无容器柜实验样品的容器。 3.3 样品释放回收 releaseandwithdrawsamples 在轴心机构中从样品盒中释放样品并将其回收至样品盒中的操作。 4 样品要求 4.1 成分 根据在轨实验目的进行样品成分设计。成分设计应满足: a) 样品在常温下物理化学性质稳定; 1GB/T44782—2024 b) 在实验所需的最高温度及以下样品不发生燃烧、浓烟或炸裂现象。 4.2 外观 样品为近球状。样品表面应光滑,无3μm及以上的毛刺、裂缝和多余物。 4.3 尺寸 样品盒设计用于存放直径为D[单位为毫米(mm)]的球形样品(标准样品盒中D=2.7mm)。样 品尺寸要求如下: a) 样品平均直径应在(D-0.2)mm~(D+0.2)mm范围内; b) 样品最大直径应小于或等于(D+0.2)mm; c) 样品最大直径与最小直径差应小于或等于0.4mm。 4.4 释放回收 在释放回收过程中,样品不应引起轴心机构卡滞。 4.5 激光吸收 空间站无容器柜含有最大输出功率5W、波长1064nm的二氧化碳激光器1路,以及最大输出功 率均为75W、波长915nm3种斑点尺寸(0.8mm,1.2mm和1.6mm)可选的半导体激光器4路。 在空间站无容器柜激光器最大输出功率限制条件下应能将样品加热至科学实验用户需要的最高温 度(最高工作温度≤3000℃)。 4.6 质量变化 在设定的最高实验温度下激光加热10min,加热前、后样品质量差与加热前的质量之比为质量相 对变化率。质量相对变化率应小于或等于0.5%。 4.7 带电量 在空间无容器设备工作电压范围内(-30kV~30kV)应实现样品带电并悬浮。 悬浮时所带静电荷称为样品带电量。样品带电量应大于或等于10-12C。 4.8 力学环境 按照上下行平台要求进行力学环境试验。 力学环境试验后的样品应满足4.2和4.4的要求。 5 样品制备 5.1 制样方案 根据在轨实验目的确定样品成分,样品成分应满足4.1的要求。 根据材料特性,确定样品制备方案,如合金熔炼、粉末冶金、高温烧结等。 5.2 坯料制备 根据样品制备方案制备样品坯料。 制备要求应符合GB/T37844—2019中第6章的规定。 样品制备过程的管理要求应符合GB/T37469—2019中5.1和5.2的规定。 2GB/T44782—2024 5.3 成品加工 采用气悬浮装置或其他方法(如切割、球磨、打磨等)将坯料加工成近球形样品。 6 试验方法 6.1 一般检查测量和试验 6.1.1 外观检查 采用显微镜观察样品表面状态:将样品置于观察平台上,观察样品表面状态并拍照记录;再任意转 动样品方向2次,分别进行表面观察并记录。 在无容器柜开展科学实验的每一个样品均应进行外观检查。 6.1.2 直径和体积测量 每个样品随机选取10个测量点,采用精度不低于0.02mm的千分尺测量这10个测量点的直径 Dn(n=1~10),并从中得到最大直径和最小直径。 计算样品10个测量点的平均直径。 采用阿基米德排液法测量样品体积V。 在无容器柜开展科学实验的每一个样品均应进行直径和体积测量。 6.1.3 释放回收试验 按照附录A进行样品释放回收试验。 在无容器柜开展科学实验的每一个样品均应进行释放回收试验。 6.2 专项试验 6.2.1 激光加热试验 采用激光器(地面激光器参数同空间站无容器柜激光器参数)、红外测温仪(测温范围:500℃~ 3000℃)和真空泵,在密闭式气悬浮装置或静电悬浮装置内开展激光加热试验。 试验步骤如下。 a) 采用真空泵将密闭式气悬浮装置的腔体内压力抽至10-3Pa以下,继而充入氩气(纯度4A及 以上)至常压后再抽排掉,如此反复3次后再充至常压,将样品装入密闭式气悬浮装置的喷嘴 上或静电悬浮装置电极上并稳定悬浮。 b) 分别打开激光器、红外测温仪的指示光,将激光光路和测温仪光路聚焦在样品上: ———若样品为无机非金属,则采用二氧化碳激光器先将其加热样品至500℃以上,再利用半导 体激光器加热样品至科学实验用户需要的最高温度,分别记录此两种温度时相对应激光 器的输出功率; ———对金属样品,可直接采用半导体激光器加热样品至科学实验用户需要的最高温度,记录此 温度时激光器的输出功率。 c) 关闭激光器。 d) 同一样品依次重复步骤b)和c)3次。 激光加热实验过程中样品不发生燃烧、爆炸现象。 同成分同制备工艺的样品至少应开展1次激光加热试验。 3GB/T44782—2024 6.2.2 质量变化测试 6.2.2.1 通则 同成分、同制备工艺的样品至少应开展1次质量变化测试。可结合样品特性和在轨实验要求等,选 择常压或真空两种状态下进行质量变化测试。 6.2.2.2 常压状态测试 常压状态测试步骤如下: a) 将样品称量并记录为m1; b) 采用真空泵将腔体内压力抽至10-3Pa以下,继而充入氩气(纯度4A及以上)至常压,如此反 复3次; c) 将样品装入密闭式气悬浮装置的喷嘴上并稳定悬浮; d) 打开激光器、红外测温仪的指示光,将激光光路和测温仪光路聚焦在样品上,加热样品至科学 实验用户需要的最高温度并保持10min; e) 关闭激光器,待样品冷却至室温后再次称量并记录为m2。 6.2.2.3 真空状态测试 真空状态测试步骤如下: a) 按照6.2.2.2中步骤a)和b)反复抽真空和充氩气3次后,继续采用真空泵将腔体内压力抽至 10-3Pa以下; b) 将样品装入静电悬浮装置电极上; c) 调节电极电压至样品悬浮; d) 打开激光器、红外测温仪的指示光,将激光光路和测温仪光路聚焦在样品上,加热样品至科学 实验用户需要的最高温度并保持10min; e) 关闭激光器,待样品冷却至室温后再次称量m2。 6.2.2.4 质量相对变化率 计算样品实验前后质量相对变化率n=(m1-m2)/m1×100%。 6.2.3 带电量试验 将经称量质量为m的样品放入静电悬浮装置,调节电极电压至样品悬浮,记录此时的电压U。 按照公式(1)计算样品带电量。 q=mgd/U …………………………(1) 式中: q———样品电荷量,单位为库仑(C); m———样品质量,单位千克(kg); g———重力常数,单位为牛每千克(N/kg),g=9.8N/kg; d———电极间最小距离,单位为米(m); U———施加于样品上的电压,单位为伏(V)。 同成分同制备工艺的样品至少应开展1次带电量试验。 6.3 力学环境试验 按照以下步骤开展力学环境试验: 4GB/T44782—2024