[发明专利]一种抗电子辐射多层结构屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明公开了属于空间辐射防护技术领域的一种抗高能电子辐射多层结构屏蔽材料及其制备方法。根据空间辐射环境对材料重量和屏蔽性能等强约束条件及要求，采用多层屏蔽的设计方法，设计的屏蔽材料主体层由高Z金属钽和低Z金属镁复合而成。当面密度为2g/cm²时，该层状复合屏蔽材料对3.5MeV电子的屏蔽性能大于80％。基于冶金学原理引入Ti、Cu、Al等金属过渡层，通过扩散焊连接技术实现了Mg、Ta互不相容金属的冶金结合。

技术领域

本发明涉及空间辐射防护技术领域，具体涉及一种抗电子辐射多层结构屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

随着国家在卫星和深空探测技术领域的发展，空间探测器内部电子元器件的抗辐射加固也越来越受到关注。在空间辐射环境中，高能量的电子等能对电子元器件造成电离损伤，严重危害空间探测器的安全可靠服役。

高能电子和物质的作用很复杂，主要包括：高能电子和物质原子中的电子发生非弹性散射使物质激发或电离、高能电子和原子核弹性散射改变方向而不损失能量、高能电子和原子核非弹性散射辐射轫致辐射光子等。传统的屏蔽材料通常用单一的金属材料(如Ta或Al等)。高原子序数的屏蔽材料(如金属Ta)虽然可以起到很好的阻止带电粒子透过的作用，但电子和重金属作用时会产生较强的轫致辐射放出X射线，X射线成为新的辐射源，不能实现良好的综合屏蔽效果。低原子序数材料(如金属Al)可以有效降低带电粒子的运动速度，减少韧致辐射，但是不能阻止带电粒子透过。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种抗高能电子辐射多层结构屏蔽材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种抗电子辐射多层结构屏蔽材料，其特征在于，所述屏蔽材料包括金属钽层、金属镁层，所述金属钽层和金属镁层之间设有金属过渡层。

进一步地，所述金属过渡层为金属Ti层、Cu层、Al层中的两种或两种以上。

一种如上所述的抗电子辐射多层结构屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将金属钽、镁表面采用砂纸打磨、酒精超声波清洗后烘干；

(2)将经步骤(1)得到的金属钽表面按热扩散温度由高到低顺序，依次采用热扩散焊制备金属Ti层、Cu层、Al层中的两种或两种以上；

(3)将经步骤(2)得到的表面带有金属过渡层的钽与经步骤(1)得到的金属镁进行热扩散焊连接，得到多层结构屏蔽材料。

进一步地，所述步骤(2)中，热扩散焊方法为热压或者热等静压。

进一步地，所述步骤(2)中，采用热扩散焊将金属Ti层、Cu层、Al层中的两种或两种以上按热扩散温度由高到低顺序依次焊接在金属钽表面。

进一步地，焊接Ti层的热扩散温度为900℃～1200℃，焊接Cu层的热扩散温度为600℃～800℃，焊接Al层的热扩散温度为450℃～550℃。

进一步地，所述步骤(2)中热扩散焊：焊接气氛为惰性气体或真空，焊接过程采用的热压压力均为1MPa，保压时间均为3h。

进一步地，所述步骤(3)中，热扩散焊方法为热等静压，温度为400℃～440℃，热等静压压力为100MPa，保温保压3h。

本发明的有益技术效果：

1.采用多层屏蔽的设计方法，充分结合高、低原子序数材料各自的优势，设计的屏蔽材料主体层由高Z金属钽和低Z金属镁复合而成，当面密度为2g/cm²时，该层状复合屏蔽材料对3.5MeV电子的屏蔽性能大于80％；