[发明专利]一种磁敏性模拟月壤的制备方法

说明书

本发明公开了一种磁敏性模拟月壤的制备方法，结合一般模拟月壤制备工艺和粉末固相烧结技术，将矿物化学成分与真实月壤接近的火山灰粉末和磁性物质粉末按一定比例混合均匀，掺入造孔剂后预压成型；通过高温烧结使火山灰粉末与磁性物质粉末粘结为一个整体，同时使造孔剂分解挥发，得到内部多孔隙的磁敏性重塑火山石；然后经过机械破碎、筛分、干燥等工序获得磁敏性模拟月壤。本发明提供的制备方法成本低、效果好、可批量生产磁敏性模拟月壤，研制出的模拟月壤具有一定磁性，不仅能够满足磁力模型试验对材料磁性的要求，同时可以模拟真实月壤的物理力学性质，还可用于研制其它磁敏性岩土体相似材料和模拟星壤。

技术领域

本发明涉及模拟月壤制备技术领域，具体涉及一种磁敏性模拟月壤的制备方法。

背景技术

月球作为地球的卫星，凭借其空间位置优势和丰富的矿产资源及能源，是人类当前太空探测的首要目标。在人类进行月球探测的过程中，不可避免会遇到各种人工装置与月壤相互作用的问题，例如探测器安全着陆问题，月球车在月球表面通过性问题等；未来在建立月球基地和开发利用月球资源的过程中，也不可避免会遇到各种岩土工程问题，而解决这些问题的基础和关键是充分掌握月壤的力学与工程特性。

由于Apollo、Luna任务仅带回381.7kg、0.32kg真实月壤标本，因此国内外研究学者均采用模拟月壤进行相关研究。目前模拟月壤研制已经较为成熟，一般是采用与月壤化学矿物成分基本相同的地球火山灰、玄武岩、钛铁矿等，经烧结、机械破碎及筛分，配制获得与月壤部分性质接近的材料。尽管已有大量研究成果，但月壤的力学与工程特性尚有许多问题没有得到有效解决，特别是小重力、真空环境下月壤的力学特性与地面力学的差异性，月壤弱内聚力、小抗拉强度的形成机理及其工程效应等。

磁力法是一种能在地面有效模拟星球表面0～1g小重力环境(g是地球表面重力加速)的试验方法，其基本原理是基于质点在磁场中受到的磁力与其自身受到的重力的相似性，使磁性材料受到与重力场反向对称的磁力场，最终通过磁力场和重力场叠加形成的合力场来模拟小重力场环境。这种方法的前提是试验材料必须具有一定磁性。

目前国内外已有的30多种模拟月壤，均不具有磁性或具有弱磁性，难以满足试验需求，因此需要研制出与真实月壤具有相似物理力学性质，同时又能满足磁力模型试验要求的磁敏性模拟月壤。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低、效果好、可批量生产的磁敏性模拟月壤的制备方法，制得的模拟月壤可用于小重力环境下月壤力学与工程特性研究。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种磁敏性模拟月壤的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取与真实月壤矿物化学成分相近的火山灰作为模拟月壤的原料，所述火山灰的粒径为微米量级；

(2)利用球磨机或打粉机将步骤(1)选取的火山灰与微米量级的磁性物质粉末进行充分均匀混合，火山灰和磁性物质粉末的质量比为2:1～2；

(3)向步骤(2)得到的粉末混合物中添加造孔剂，手动拌合，造孔剂与粉末混合物的质量比为2:3～3:2；

(4)利用固结仪将步骤(3)得到的拌合物预压成型；

(5)将步骤(4)中预压成型的试样送入管式炉中，在惰性气氛下进行烧结；待烧结完成，冷却至60℃以下，取出试样，获得磁敏性重塑火山石；

(6)将步骤(5)得到的磁敏性重塑火山石进行机械破碎处理，然后筛分为若干粒组，分别干燥密封保存；

(7)将步骤(6)中不同粒组的颗粒按照目标级配曲线进行混合，从而得到磁敏性模拟月壤。

优选的，步骤(2)中所述磁性物质粉末为四氧化三铁粉或铁粉。

优选的，步骤(3)中所述造孔剂为碳酸氢铵。