Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

이 실험 절차의 전반적인 목표는 절제 열 보호 재료 및 높은 NTP 흐름의 재료 반응 및 가스 표면 상호 작용 현상을 특성화하여 수치 모델 개발 및 검증을 위한 데이터를 제공하는 것입니다. 이 방법은 재료가 어떻게 분해되고 반응성 결합층이 어떻게 영향을 받는지와 같은 열 보호 재료 접지 테스트 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 광범위한 정보를 제공하고 재료 분석을 위해 비교적 쉽게 표준화할 수 있는 광학 방법만 적용한다는 것입니다.

일반적으로 플라즈마 벤-툰-엘레(Plasma ven-tun-ele)의 지상 테스트를 처음 접하는 사람들은 측정 기술의 복잡성으로 인해 어려움을 겪을 것입니다. 시각적 시연을 통해 도움이 될 것입니다. 이 기술의 의미는 세라믹 복합재와 같은 많은 열 차폐 재료, 특히 탄소 페놀을 열분해하는 것으로 확장되기 위한 것입니다.

먼저 수직 및 수평 라인 레이저를 사용하여 모든 구성 요소를 테스트 샘플과 동일한 높이로 가져오고 렌즈를 샘플 정체선에 수직으로 정렬하여 광학 시스템을 정렬합니다. 테스트 샘플에서 계산된 거리에 렌즈를 배치하여 광학 경로의 초점을 맞추고 광섬유는 렌즈로부터 계산된 거리에 끝납니다. 연필 스타일의 Mercury calibration 램프로 샘플 정체 지점을 비추고 섬유 끝을 가장 초점이 잘 맞춰진 이미지의 위치에 배치합니다.

렌즈 광섬유 시스템이 정렬되면 분광계 측면 광섬유 끝을 통해 레이저 포인트를 보내고 백지로 샘플 측의 집속된 레이저를 관찰하여 테스트 샘플 앞에서 올바른 위치와 초점을 확인합니다. 초점에서 그것을 제외하고 어떤 방출든지 예를 들면 까만 마분지로 광학적인 경로를 둘러싸서 광섬유 끝에 들어가는 것을 막으십시오. 광섬유를 통해 레이저 빔을 보내 광섬유 끝에서 방출되는 빛이 렌즈에 직접 도달할 수 없는지 확인합니다.

그런 다음 샘플 표면에 수직인 고속 카메라 또는 HSC로 테스트 샘플을 관찰합니다. 카메라 광학 장치의 수평 및 수직 정렬을 위해 sample lens system access를 사용하여 HSC의 field of field 중심이 렌즈 중심 및 샘플 정체 지점과 일치하는지 확인합니다. HSC 및 방출 분광계를 디지털 지연 발생기 또는 DDG와 동기화합니다.

DDG의 단일 전압 피크로 HSC 기록을 트리거하고 원하는 주파수로 각 스펙트럼 기록을 트리거합니다. 방사 측정의 경우, 테스트 챔버의 석영 창과 함께 표면 온도를 관찰하기 위해 2색 고온계를 사용합니다. HSC 소프트웨어를 설정하려면 고노출 시간을 90밀리초로 설정하여 실험 전에 HSC를 테스트 샘플과 정렬하고 초점을 맞추고 테스트 전 이미지를 촬영합니다.

실험의 노출 시간을 변경합니다. 사후 트리거를 최대로 설정하고 전체 실험을 포괄할 수 있도록 올바른 기록 속도를 설정합니다. 초기 F-번호를 16으로 설정한 후 DDG를 스펙트럼이 분광계에 의해 기록되는 원하는 반복률로 설정합니다.

다음으로 분광계 수집 소프트웨어를 설정합니다. 광학 시스템이 올바르게 배치되었는지 확인한 후 각 기기와 함께 배경 이미지를 촬영하여 저장합니다. 그런 다음 플라즈마 시설을 시작하고 원하는 테스트 조건으로 가져옵니다.

그런 다음 HD 카메라 녹화를 시작합니다. 그런 다음 고온계 기록을 시작합니다. 교정 비교를 위해 모든 분광계와 함께 무료 스트림 스펙트럼을 사용하십시오.

완료되면 적분 시간을 200밀리초에서 50밀리초로 줄여 포화를 방지합니다. trig를 누르고 모드를 외부에서 내부로 설정하여 DDG를 통해 HSC 및 분광계를 트리거합니다. 그런 다음 테스트 샘플을 플라즈마 흐름에 주입합니다.

테스트가 완료되면 DDG를 중지합니다. HSC 이미지를 저장한 후 고온계 획득을 중지합니다. 그런 다음 분광계 측면 광섬유 끝의 분광계 쪽을 통해 레이저 포인트를 보냅니다.

HSC로 레이저 초점을 관찰하고 이 이미지를 저장하여 분광계의 위치를 표시합니다. 각 분광계로 이전 단계를 반복한 후 테스트 샘플의 위치에 체스판을 놓고 보정을 위해 HSC에 이미지를 기록합니다. 테스트 샘플이 제거되면 무게를 기록합니다.

샘플의 사진을 찍은 후 샘플 저장소에 보관하여 산화된 섬유로 구성된 부서지기 쉬운 탄화층을 보호하십시오. 이 시점에서 테스트 챔버 내부의 각 수집 광학 장치의 초점에 텅스텐 리본 램프를 배치하여 각 광학 시스템의 강도 보정을 수행합니다. 보정 램프의 스펙트럼을 기록합니다.

다음으로, 정확한 테스트 시간 추정을 위해 HSC 비디오 파일에서 샘플 주입 및 배출 시간을 관찰합니다. 주입 시 테스트 샘플 정체 지점의 픽셀 위치를 HSC 비디오 파일에서 관찰합니다. 이전에 촬영한 이미지를 내보내고 분광계 프로빙 위치의 픽셀을 X 및 Y 위치를 나타내는 이미지의 밝은 점으로 찾습니다.

그런 다음 보정된 스펙트럼의 파장 벡터가 포함된 파일을 열고 관련 파장에 해당하는 행 인덱스를 식별하고 식별합니다. 각 분광계의 스펙트럼 적분 방출을 표면에서 분광계 거리의 함수로 플로팅합니다. 결과를 더 잘 해석하려면 데이터의 다항식 피팅을 수행하고 결과를 플로팅하십시오.

SEM 분석의 경우, SEM 시스템으로 관찰 가능한 단일 파이버를 선택합니다. 제조업체의 지침에 따라 SEM 시스템 소프트웨어에서 제공하는 도구를 사용하여 순수 탄소 섬유 두께와 섬유 길이를 추정합니다. 메스를 사용하여 부서지기 쉬운 재료를 자릅니다.

그런 다음 절제된 섬유의 두께를 버진 섬유 두께와 비교하여 섬유가 얇아지는 깊이를 추정합니다. 결과는 캘리퍼 롤 후퇴 측정이 일반적으로 HSC 이미징에서 수행된 것보다 더 큰 값을 나타냈다는 것을 보여줍니다. HSC는 공기 플라즈마의 후퇴율이 크게 다르지 않다고 결정했는데, 아마도 확산 제어 절제 요법 때문일 것입니다.

절제 표면으로부터의 거리에 따라 표시된 통합 CN 입원 강도는 서로에 대해 양호한 일치를 보여줍니다. 가스 온도를 얻기 위해 저압 및 고압에서 CN 바이올렛 실험 스펙트럼을 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교했습니다. 추정된 온도는 저압에서 열 평형에서 높은 편차를 나타냈습니다.

저압에 만회한 온도는 교체 온도의 이동을 위한 8200 켈빈과 21, 경계층을 통해서 감소하는 후자에 가까운 진동 전자 온도를 위한 000 켈빈이었다. 이것은 더 높은 압력에서 경계층 전체의 평형 상태와 대조됩니다. 마이크로 그래프는 공기 플라즈마의 탄소 산화로 인해 약 0.2mm의 산화 깊이를 가진 절제 된 섬유의 고드름 모양이 되었음을 보여주었습니다.

일부 절제 테스트에서 밝은 스파크가 관찰되었으며, 이는 표면에서 분리되는 뜨거운 섬유 클러스터로 인해 발생할 수 있습니다. 질소 플라즈마에서 절제하면 표면을 따라 섬유가 크게 분해되어 질화에 의해 재료가 천천히 후퇴하게 되었습니다. 참석하는 것은 긍정적이지만, 플라즈마 제트의 수치 계산에 대한 실험은 획득 된 데이터를 이해하는 데 모두 필요하다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.

이 방법은 다른 dren-sen 열분해와 같은 추가 질문에 답하기 위해 재료에서도 쉽게 수행할 수 있으며, 가스 방출은 시간이 지남에 따라 변하고 시간 척도가 표면 절제 공정과 어떻게 다른지 알 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 항공 우주 공학 연구원들이 복합 재료의 절제 모델을 개발할 수 있는 길을 열었습니다. 기체 상태에서의 재료 반응에 대한 실험 데이터를 사용합니다.

레이저 및 탄소 섬유 재료로 작업하는 것은 위험할 수 있으므로 이 절차를 수행할 때 실험실 가운, 장갑, 안경과 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.