一种抗电子辐射屏蔽材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗电子辐射屏蔽材料及其制备方法，所述抗电子屏蔽材料包括Ｍｏ或Ｗ作为高Ｚ金属相，其量为１５－３５ｖｏｌ．％；ＡｌＮ为低Ｚ介质相，其量为８５－６５ｖｏｌ．％。本发明专利技术的抗电子辐射屏蔽材料是具有高的屏蔽效率、高导热率、绝缘的高能电子屏蔽材料，此材料具有比高原子序数金属（钽、钨、铅等）更高的屏蔽效率，可以使电子辐照沉积剂量降低两个数量级以上，并且不破坏元器件原有的散热条件，保证元器件工作时芯片的温度满足正常工作的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抗电子辐射屏蔽材料及制备方法，属于屏蔽材料领域。
技术介绍
工作于辐射环境下的电子器件，如Si MOS器件，都存在一定的辐照能量沉积阈值， 当辐照造成的能量沉积超过该阈值后，器件性能会恶化或失效。如应用于的人造卫星的电 子器件，不可避免地遭遇各种空间带电粒子的辐射，带电粒子与电子元器件相互作用，产生 各种空间辐射效应，当沉积剂量超出器件的阈值后，电子器件失效会对卫星造成一定程度 的损伤与危害，甚至威胁卫星安全。针对这些辐射敏感器件，采用具有一定质量面密度的屏 蔽材料(如钽等)对器件进行屏蔽，可以使辐射总剂量获得一定程度的衰减和降低，使电子 器件实际接受的辐射总剂量下降到其自身抗辐射总剂量水平之下，从而延长电子元器件的 使用寿命，如图l所示，其中11表示辐射防护罩，12表示敏感器件。 电子和物质作用主要有三种过程(1)电子和原子中的电子发生非弹性散射使物 质电离。在面密度相同的情况下，电子能量损失和Z/A成正比(A为原子量)。Ta的Z/A为 0. 4，Al的为0. 48，低Z材料在使入射电子非弹性散射方面比高Z材料更有效。(2)电子和 原子核发生弹性散射，在材料面密度相同的情况下，弹性散射强度和Z2/A成正比，因此高Z 材料对电子的弹性散射更有效。(3)电子和原子核非弹性散射释放轫致辐射光子。轫致辐 射能量损失率与物质的Z2/A成正比，与电子的能量成正比。电子轰击重元素物质容易发生 轫致辐射产生X射线，而对X射线的屏蔽要比对电子本身的屏蔽困难得多。这三种过程决 定了屏蔽高能电子的复杂性，使用高低Z相结合的材料有可能实现高的屏蔽效率。 目前用于辐照屏蔽的材料通常为钽、铅、钨等高原子序数的材料，虽然可以起到很 好的阻止带电粒子透过的作用，但同时产生的轫致辐射的能量也很大，造成屏蔽效果受到 一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种具有高的屏蔽效率、高导热率、绝缘的高能抗电 子辐射屏蔽材料。 本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的 —种抗电子辐射屏蔽材料，其特征在于所述抗电子辐射屏蔽材料包括Mo或W作为高Z金属相，其量为15-35vo1. % ;A1N为低Z介质相，其量为85-65vol. %。 —种优选技术方案，其特征在于所述抗电子辐射屏蔽材料为单层结构，所述高Z金属相均匀地分布于低Z介质相之中，所述高Z金属相中的颗粒之间彼此分开，不能形成连续网状结构。 —种优选技术方案，其特征在于所述抗电子辐射屏蔽材料为多层复合结构， 所述多层复合结构由多个单层结构叠加形成，单层结构中高Z金属相Mo或W的含量为 5-85vo1. % ，低Z介质相A1N的含量为95-15vo1. % ;每个单层结构均为高Z金属相均匀地分布于低Z介质相A1N中。对于整个材料而言，高Z金属相的量为15-35vol. % ;A1N的含 量为85-65vo1. %。针对不同的单能入射电子能量或者能量分布谱线，多层复合材料的叠放 次序、每层的成分及厚度均可进行调整。 —种优选技术方案，其特征在于所述单层或多层抗电子辐射屏蔽材料还包括 CaF2或Y203烧结助剂，该烧结助剂的含量为高Z金属相和低Z介质相总体积的3-8% 。 本专利技术的另一目的是提供上述抗电子辐射屏蔽材料的制备方法，是通过以下技术 方案实现的 —种单层抗电子辐射屏蔽材料的制备方法，其步骤如下 (1)将15_35vol. X的Mo或W作为高Z金属相，85-65vo1. X的A1N为低Z介质相， 使用球磨的方法进行充分混合； (2)先进行3-5MPaX l_5min单向轴压成型，然后进行200MPaX 15min冷等静压成 型，得到Mo (W) -A1N复合生坯； (3)将步骤(2)所得复合生坯置于Zr02或AlN坩埚中进行氮气氛下1650-1900°C、 l-3h常压烧结，或者在1550°C -ISO(TC热压烧结，得到Mo(W)-AlN复合块体材料； (4)将步骤(3)所得块体材料按具体使用时的形状和尺寸进行加工，即得到单层 抗电子辐射屏蔽材料。 —种多层抗电子辐射屏蔽材料的制备方法，其步骤如下 (1)将5-85vo1. X的Mo或W作为高Z金属相，15-95vo1. X的A1N为低Z介质相，使用球磨的方法进行充分混合，制备成含不同高Z金属相比例的浆料； (2)使用流延成型机制备素坯，素坯厚度为0.04mm-0.mm; (3)将素坯逐层叠加压实，其中最外层素坯的高Z金属相的含量低于25X，以保证 材料的绝缘性；然后在180(TC、N2气氛中常压烧结，得到块体材料； (4)将步骤(3)所得块体材料按具体使用时的形状和尺寸进行加工，即得到抗电 子辐射屏蔽的多层复合材料。 —种优选技术方案，其特征在于所述单层或多层抗电子辐射屏蔽材料的制备方 法中，单层或多层抗电子辐射屏蔽材料还包括CaF2或Y203烧结助剂，该烧结助剂的含量为 高Z金属相和低Z介质相总体积的3-8% 。 —种优选技术方案，其特征在于所述单层或多层抗电子辐射屏蔽材料的制备方 法中，高Z金属相中金属粉末的平均粒度为1-20微米；3-5微米为最佳；所述低Z介质相中 A1N粉末的平均粒度为0. 15微米，2-3微米为最佳。由于金属相的密度与低Z介质的密度 相差很大，这样的粒度分布有利于复合材料的均匀混合，从而实现高Z金属相均匀地分布 于低Z介质相之中，有利于屏蔽性能的提高。 有益效果 1、采用高、低原子序数金属材料相结合的方法，制备的材料对电子具有更好的屏 蔽效果。 低原子序数的屏蔽材料(如金属Al)虽然不能阻止带电粒子透过，但可以有效降 低带电粒子的运动速度；而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，但同时产生的轫致辐射的能量也很大。所以应该充分利用高、低原子 序数材料各自的优势，因此在相同面密度的情况下，屏蔽材料的屏蔽性能更好。 2、低原子序数物质采用具有高热导率的A1N，对器件或机箱的原有热传导性能的 影响小。 3、屏蔽材料不含高分子，在高真空下不放气，不在设备内产生任何多余物，并且可 以方便地进行加工。 4、屏蔽材料具有良好的绝缘性能(屏蔽材料与印制线路板之间、屏蔽材料与元器 件管腿之间)。 本专利技术中的A1N中的氮和铝可以有效降低带电粒子的运动速度，减少材料中产生 的轫致辐射。针对不同的单能入射电子能量或者能量分布谱线，可以通过模拟计算出达到 最佳屏蔽效果时两者的比例。本专利技术所涉及的屏蔽材料中，高Z金属相均匀地分布于A1N 基体之中，高Z金属颗粒之间彼此分开，不能形成连续网状结构，以保证复合材料的绝缘性 和高导热性。加入CaF2或Y203烧结助剂，可以得到高导热率的致密烧结体。 本专利技术的抗电子辐射屏蔽材料具有高的屏蔽效率、高导热率、绝缘性好，此材料具 有比高原子序数金属(钽、钨、铅等)更高的屏蔽效率，可以使电子辐照沉积剂量降低两个 数量级以上，并且不破坏元器件原有的散热条件，保证元器件工作时芯片的温度满足正常 工作的要求。 下面通过附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保 护范围的限制。附图说明 图1是本专利技术的抗电子屏蔽材料使用示意图； 图2是本专利技术屏蔽性能测试示意图； 图3是本专利技术实施例1复合屏蔽材料的微观组织的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗电子辐射屏蔽材料，其特征在于：所述抗电子辐射屏蔽材料包括Ｍｏ或Ｗ作为高Ｚ金属相，其量为１５－３５ｖｏｌ．％；ＡｌＮ为低Ｚ介质相，其量为８５－６５ｖｏｌ．％。

【技术特征摘要】
一种抗电子辐射屏蔽材料，其特征在于所述抗电子辐射屏蔽材料包括Mo或W作为高Z金属相，其量为15-35vol.％；AlN为低Z介质相，其量为85-65vol.％。2. 根据权利要求1所述的抗电子辐射屏蔽材料，其特征在于所述抗电子辐射屏蔽材 料为单层结构，所述高Z金属相均匀地分布于低Z介质相之中，所述高Z金属相中的颗粒之 间彼此分开。3. 根据权利要求1所述的抗电子辐射屏蔽材料，其特征在于所述抗电子辐射屏蔽材 料为多层复合结构，所述多层复合结构由多个单层结构叠加形成，单层结构中高Z金属相 Mo或W的含量为5-85vol. % ，低Z介质相A1N的含量为95_15vol. % ;每个单层结构均为 高Z金属相均匀地分布于低Z介质相A1N中。4. 根据权利要求2或3所述的抗电子辐射屏蔽材料，其特征在于所述抗电子辐射屏 蔽材料还包括CaF2或Y203烧结助剂，该烧结助剂的含量为高Z金属相和低Z介质相总体积 的3-8%。5. 权利要求2所述的抗电子辐射屏蔽材料的制备方法，其步骤如下(1) 将15-35vol. %的Mo或W作为高Z金属相，85-65vol. %的A1N为低Z介质相，使 用球磨的方法进行充分混合；(2) 先进行3-5MPaX l_5min单向轴压成型，然后进行200MPaX 15min冷等静压成型，得 到Mo(W)-AlN复合生坯；(3) 将步骤(2)所得复合生坯置于Zr02或AlN坩埚中进行氮气氛下1650-1900°...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志民，毛昌辉，杜军，杨剑，董桂霞，马书旺，罗君，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]