[发明专利]抗辐照封装加固的COTS器件及其制备方法

说明书

本发明公开了抗辐照封装加固的COTS器件及其制备方法，属于辐射防护技术领域。本发明为了解决现有COTS器件高性能和抗空间辐射可靠性之间不可调的技术问题。本发明的石墨烯卷/稀土复合涂层包括功能填料和树脂基体。所述的功能填料是由表面定向排布有稀土氧化物的石墨烯纳米卷组成，然后将其与树脂基体混合，利用超声辅助热喷涂装置将其涂覆于COTS器件表面，分段固化成型。本发明可大幅度提升树脂涂层抗辐照能力，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。

技术领域

本发明属于辐射防护技术领域，具体涉及到抗辐照封装加固的COTS器件及其制备方法。

背景技术

空间环境中存在不同水平的辐射，由于卫星及有效载荷在轨运行阶段脱离了大气层的保 护，直接暴露在空间环境下，电子器件会受到辐射和重粒子的冲击而发生各种辐射效应，造 成其工作的异常或故障。从国内外对航天事故的统计数据可以发现，40％的故障源于空间辐 射。因此，使用器件时必须对其进行专门的抗辐照工艺处理，以确保其工作的可靠性。由于 COTS器件在航天器中应用较为广泛，所以亟需对COTS器件进行抗辐照封装加固，以保证 其在航空中高性能应用。

发明内容

多数稀土元素属于重金属元素，对γ射线的屏蔽效果比硼等低Z元素明显，此外，稀土元 素原子结构特殊，具有弥补铅的＂弱吸收区＂的优势，而且其对热中子的n、γ反应截面的面 积高出硼几十倍，与慢中子和中能中子的反应截面同样比硼高数倍。众多优势使稀土防辐射 材料设计和制备成为防辐射材料的研究重点。石墨烯是一种新的二维碳材料，与传统碳材料 相比，具有更加优异的物理、化学和机械性能。此外石墨烯优异的导电性能，能够起到一定 的抗电子辐照，且对中子有较高的散射截面和低的吸收截面，是优异的中子减速剂。其中石 墨烯纳米卷是由单层或多层二维平面石墨烯卷曲而成，具有开放式结构。除具有高机械强度、 高导热性和高导电性之外，其电子传输发生在整个体系中，因为有着非同寻常的电学和光学 性能。因此，本发明利用稀土特殊的原子结构，将其与定向排布于石墨烯卷表面，制备出高 性能的稀土/石墨烯卷复合材料，用于辐射屏蔽领域。

本发明为了解决现有COTS器件高性能和抗空间辐射可靠性之间不可调的技术问题，而 提供抗辐照封装加固的COTS器件及其制备方法。

为解决现有技术存在的问题，本发明的抗辐照封装加固的COTS器件用复合涂层是由功 能填料、促进剂、偶联剂和树脂基体制成的，其中，所述功能填料是表面定向排布有稀土氧 化物的石墨烯纳米卷。所述COTS器件的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将树脂添加到超声辅助热喷涂装置的储液灌中，通过加热圈对储液灌加热，控 制储液罐的温度为70℃～90℃，使树脂在储液灌内熔融变成液态；然后在储液灌中依次加入 促进剂、偶联剂和功能填料，开启搅拌器搅拌，使得促进剂与熔融的树脂混合均匀，获得熔 融聚合物体系；

步骤二、开启超声波发生器，调节超声波功率为1000～2000W，超声波作用10～20min， 间歇3～5min，利用超声波的振动特性，排除熔融聚合物体系的气泡，获得喷涂液；

步骤三、将喷涂液喷涂在COTS器件表面，在烘箱中进一步固化，获得抗辐照涂层。

进一步地限定，按重量计，复合涂层原料的用量：10g-20g功能填料、0.5g-1促进剂、0.5g-1 偶联剂、100g-200g树脂基体。

进一步地限定，所述稀土氧化物为氧化钆、氧化铕、氧化镨、氧化镝、氧化铒中的一种 或多种任意比的组合。

进一步地限定，所述功能填料制备方法是将3g～5g石墨烯纳米卷加入到80ml硝酸盐的水 溶液中，搅拌均匀后，再加入20ml氨水在30℃～60℃加热搅拌至少1h，稀土氧化物纳米颗 粒析出并均匀地分散在石墨烯卷的表面，得到功能填料。

进一步地限定，所述石墨烯纳米卷是通过冷冻干燥法制备；具体是通过下述步骤完成的：