一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料及其制备方法

摘要

一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料及其制备方法。本发明属于辐照屏蔽材料及其制备领域。本发明的目的是为解决现有辐照屏蔽材料较厚而使航天器负载过重以及传统共混体系涂层的功能填料分散不均匀所导致抗辐照性能低下的技术问题。本发明的一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料由树脂侨联层和功能金属层交替堆叠而成，最外层为功能金属层。制备方法：一、通过热喷涂，分段固化，制备树脂侨联层；二、采用磁控溅射技术，以稀土金属元素为靶材，在步骤一的树脂侨联层上镀覆功能金属层；三、交替重复10～30次，使防护材料最外层为功能金属层，得到辐照防护材料。本发明的防护材料在模拟剂量为100～200kGy的中子辐照下，辐射屏蔽率高达87.7％。

说明书

技术领域

本发明属于辐照屏蔽材料及其制备领域，具体涉及一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料及其制备方法。

背景技术

空间辐射环境是航天器在轨运行所面临的重要环境要素之一，也是造成航天电子元器件异常或故障的重要原因。中子辐射由于不带电，对物质有十分强的穿透能力，对器件造成的伤害较同计量的其它射线更大。为防止该辐射带来的危害，需要采取专门的抗中子辐照加固处理工艺，确保航天器的在轨服役可靠性，因此研究针对中子辐射辐照的防护材料成为一个重要的研究课题。

目前，中子辐射防护的基本方法是通过物理方法进行屏蔽控制辐射剂量。现有屏蔽材料大多数是将重质金属与其他材料复合，为达到一定的屏蔽效果，需要较厚的厚度，导致在安装使用时会形成一定的空隙，还存在航天器负载过重等问题。为满足形状复杂的电子元器件防护需求，必须降低材料厚度，使之轻量化。因此电子元器件表面需要一种具备优异的辐射屏蔽性能、力学性能及施工性能的特种材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有辐照屏蔽材料较厚而使航天器负载过重以及传统共混体系涂层的功能填料分散不均匀所导致的涂层抗辐照性能低下的技术问题，而提供一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料及其制备方法。

本发明的一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料由树脂侨联层和功能金属层交替堆叠而成，最外层为功能金属层。

进一步限定，所述树脂侨联层和功能金属层交替堆叠10～30个循环。

进一步限定，所述树脂侨联层单层厚度为50μm～100μm，功能金属层单层厚度为30μm～50μm。

进一步限定，所述功能金属层为稀土金属层。

进一步限定，所述稀土金属为铈、钆、铒中的一种或几种按任意比的混合。

本发明的一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料的制备方法按以下步骤进行：

一、制备树脂侨联层：将环氧树脂加热至熔融状态，然后加入促进剂和聚醚酰亚胺，在搅拌状态下使混合均匀，得到环氧树脂稀释液，对得到的环氧树脂稀释液进行超声处理，超声处理后静置，然后将静置后的环氧树脂稀释液喷涂在电子元器件的管壳表面，然后进行分段固化，得到树脂侨联层；

二、制备功能金属层：采用磁控溅射技术，以稀土金属元素为靶材，氩气为保护气，在背底真空度为4.5×10

三、交替堆叠：交替重复步骤一和步骤二的操作10～30次，以步骤二的操作结束交替重复操作，使防护材料最外层为功能金属层，得到防护材料。

进一步限定，步骤一中将环氧树脂于70～90℃下加热至熔融状态。

进一步限定，步骤一中所述环氧树脂与促进剂的质量比为10：(0.5～1)。

进一步限定，步骤一中所述环氧树脂与聚醚酰亚胺的质量比为10：(1～2)。

进一步限定，步骤一中所述促进剂为乙酰丙酮铝。

进一步限定，步骤一中所述超声处理的超声功率为1000W～2000W，超声处理使的时间为10min～20min，超声处理后静置3min～5min。

进一步限定，步骤一中所述喷涂的参数具体为：喷嘴直径为1mm～3mm，喷枪压力为0.6MPa～0.8Mpa，喷枪移动速度为50cm/s～100cm/s，喷距为10cm～20cm。

进一步限定，步骤一中所述分段固化的过程具体为：于真空干燥箱中，先在温度为40～60℃下固化5h～6h，然后在温度为90～110℃下固化1h～3h，最后在温度为120～140℃下固化1h～3h。

进一步限定，步骤二中所述磁控溅射的参数具体为：溅射功率为50W～120W，溅射时间为1h～3h，溅射压强为0.5Pa～1.5Pa。

进一步限定，步骤二中所述靶材为铈靶、钆靶、铒靶中的一种或任意几种的组合。

进一步限定，步骤二中所述靶材直径为40mm～60mm。

进一步限定，步骤二中所述靶距为100mm～200mm。

进一步限定，步骤二中所述氩气气体流量为10sccm～30sccm。

本发明与现有技术相比具有的优点：

本发明通过树脂桥连层和功能金属层依次交替所构成有机-无机层叠结构增强涂层的整体力学性能，可有效克服传统共混体系涂层的功能填料分散不均匀所导致的涂层抗辐照性能低下的问题。

本发明通过树脂桥连层和功能金属层依次交替所构筑的具有密度梯度分布的复合膜层结构，通过不同密度材料的彼此复合，有利于提高涂层材料与基体的结合能力。

本发明的树脂侨联层能够有效地减弱射线，对中子也具有很好的慢化作用，同时满足对功能金属层的支撑和保护作用，又可以使抗辐照复合材料在加工及使用过程中具有卷绕的柔性。

本发明采用具有低挥发特性的聚醚酰亚胺对主体树脂改性，形成半互穿网络结构，能够有效提高膜层的韧性和剪切强度，使得具有低可凝挥发特性和良好的粘接性能。

本发明的功能金属层形成致密的平铺网络结构可作为电子快速传输通道，可对射线进行充分吸收，有效提高复合材料的整体抗辐照性能，实现电子元器件的空间抗辐射加固。

本发明的防护材料在模拟剂量为100～200kGy的中子辐照下，辐射屏蔽率高达87.7％。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种电子元器件用抗中子辐照的防护材料由树脂侨联层和功能金属层交替堆叠而成，最外层为功能金属层，所述树脂侨联层和功能金属层交替堆叠10个循环，所述树脂侨联层单层厚度为60μm，功能金属层单层厚度为40μm，所述功能金属层为稀土金属层，所述稀土金属为钆。

制备上述电子元器件用抗中子辐照的防护材料的方法按以下步骤进行：

一、制备树脂侨联层：将100g的E51型环氧树脂于80℃下加热至熔融状态，然后加入5.1g乙酰丙酮铝和12.5g聚醚酰亚胺，在搅拌状态下使混合均匀，得到环氧树脂稀释液，对得到的环氧树脂稀释液进行超声处理，所述超声处理的超声功率为1500W，超声处理使的时间为15min，超声处理后静置5min，然后将静置后的环氧树脂稀释液喷涂在电子元器件的管壳表面，喷嘴直径为2.7mm，喷枪压力为0.8Mpa，喷枪移动速度为100cm/s，喷距为20cm，然后进行分段固化，于真空干燥箱中，先在温度为50℃下固化6h，然后在温度为100℃下固化1h，最后在温度为130℃下固化1h。得到树脂侨联层；

二、制备功能金属层：采用磁控溅射技术，以钆靶为靶材，氩气为保护气，在背底真空度为5.0×10

三、交替堆叠：交替重复步骤一和步骤二的操作10次，以步骤二的操作结束交替重复操作，使防护材料最外层为功能金属层，得到防护材料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述树脂侨联层和功能金属层交替堆叠20个循环。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述树脂侨联层和功能金属层交替堆叠30个循环。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述稀土金属为铈。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述稀土金属为铒。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

采用以下试验验证本发明的有益效果

对具体实施方式一至五的保形涂层进行辐照屏蔽试验，具体试验参数及结果见表1。

表1辐照屏蔽检测表