[发明专利]一种模拟月尘的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备方法，尤其涉及一种模拟月尘的制备方法。

背景技术

随着月球探测的不断发展和月球科学的不断深入，月尘对航天器和航天员产生的危害已成为了月球探测尤其是载人月球探测迫切需要解决的重要问题之一。Apollo载人月球探测已很好地证实了月球表面弥漫的尘埃颗粒会造成视觉阻碍、仪表读数错误、月尘的附着和污染、表面打滑、机械阻塞、表面磨损、热控问题、密封失效和生理刺激等等，对航天器的性能安全和航天员的生命健康造成危害。我国的“玉兔”月球车在经历一个昼夜的巡视探测后出现了运动故障，也很有可能是由于月尘粘附阻塞造成。

目前，许多有关月球科学的工程试验和科学研究都需要大量的月尘样品，然而真实的月尘样品非常稀少珍贵，无法满足工程试验和科学研究的大量需求，利用具有相似性质的模拟月尘样品替代真实月尘样品开展研究是一个现实可行的重要途径。为此美国国家宇航局下属的约翰逊空间中心利用模拟月壤JSC-1A进行研磨并筛选出粒径小于20μm部分研制成JSC-1Avf型月尘，另外，北京卫星环境工程研究所和北京航空航天大学的模拟月尘是参考月壤的标准研制的，其矿物组成与化学组成等均与CLRS-1模拟月壤相似。通过文献调研发现，这两种月尘中均不含有月球表面的独特组成纳米金属铁，并且北京卫星环境工程研究所和北京航空航天大学的模拟月尘的平均粒径远远大于月尘的平均粒径。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，在上述研究与实践的基础上，提供一种科学而完整的模拟月尘的制备方法。

一种模拟月尘的制备方法，包括以下步骤：

1)选取国家标准样品CLRS-1模拟月壤；

2)将CLRS-1模拟月壤进行初步球磨破碎；

3)在高强度磁场下对破碎后的CLRS-1模拟月壤进行磁法筛选，将其分选为强磁性样品和弱磁性样品两个部分，实现玻璃组分的富集；

4)对弱磁性模拟月壤样品进行行星式球磨破碎和超声波破碎，再经快速冷却凝冻，在冷冻条件下进行干燥得到未含纳米金属铁的模拟月尘；

5)最后利用脉冲激光器在低压无氧环境下依次对金属铁靶材和玄武岩靶材进行轰击溅射，实现月尘颗粒表面覆盖有一层包裹纳米金属铁的非晶质硅酸盐膜，从而获得化学组成、物质组分、粒度粒形和纳米金属铁性质均与月尘接近的CLDS-i模拟月尘。

进一步地，如上所述的方法，步骤2)所述初步球磨破碎包括：

将CLRS-1模拟月壤、水、粒径为1cm的研磨球分别按照1：1：1体积比放入研磨罐中，在180rms/min的转速下，湿法研磨24h，得到中值粒径约3μm，最大粒径≤20μm的CLRS-1模拟月壤湿法球磨破碎后样品。

进一步地，如上所述的方法，步骤3)包括：

采用平环湿法强磁选机对初步球磨破碎后的CLRS-1模拟月壤进行筛选，在2r/min的转速下，磁场强度选择16000T，得到弱磁性的CLRS-1模拟月壤玻璃质组分。

进一步地，如上所述的方法，步骤4)包括：

采用行星式研磨与超声波破碎相结合的办法对以玻璃质为主的弱磁性模拟月壤样品进行破碎，选用50ml研磨罐、1mm研磨球，将转速调高至550rms/min，按照研磨球、物料、酒精体积比1：1：2的比例，分别进行1h、2h、3h、4h、5h、6h的研磨破碎。根据研磨后样品的分析结果，选取经过6h破碎后的物料，选用Φ＝25的变幅杆，进行超声波破碎300min，再经快速冷却凝冻，在冷冻条件下进行干燥得到未含纳米金属铁的CLDS-1模拟月尘。

进一步地，如上所述的方法，步骤5)包括：

先将玄武岩靶材，铁靶和CLDS-1模拟月尘放入低压氮气保护的真空腔室中，用脉冲激光轰击玄武岩靶材，轰击次数为6000次；

待轰击出的熔融体或等离子体沉积于模拟月尘颗粒表面上，静置10分钟，改用铁靶轰击3600次；

静置10分钟，再改用玄武岩靶激光轰击6000次，静置10分钟，让激光轰击出的金属铁包裹于玄武质非晶质中，并沉积于模拟月尘颗粒表面上，获得纳米金属铁性质与月尘十分接近的CLDS-i模拟月尘。

有益效果：

1、利用本发明，实现了利用国家标准模拟月壤进行模拟月尘的制备，可以研制出于与月球真实样品性能相近的模拟月尘样品，供月球科学和工程等方面的研究。