一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层及其制备方法

摘要

一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层及其制备方法。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防护性能低下及膜层结合力差的技术问题。本发明的一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层由稀土树脂膜层和原子层沉积于稀土树脂膜层外表面的金属氧化物薄膜构成，所述稀土树脂膜层由稀土微粉、氰酸酯树脂、促进剂、偶联剂和聚醚酰亚胺混合熔融涂覆而成。制备方法：一、将氰酸酯树脂、促进剂、偶联剂、聚醚酰亚胺和稀土微粉混合熔融涂覆于电子元器件的管壳表面，分段固化得稀土树脂膜层；二、在稀土树脂膜层表面周期沉积生长金属氧化物，得到保形涂层。本发明的保形涂层在模拟剂量为100～200kGy的电子辐照下，辐射屏蔽率高达88.5％。

权利要求

1.一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层的制备方法，其特征在于，所述保形涂层由稀土树脂膜层和原子层沉积于稀土树脂膜层外表面的金属氧化物膜层构成，所述稀土树脂膜层由稀土微粉、氰酸酯树脂、促进剂、偶联剂和聚醚酰亚胺混合熔融涂覆而成；所述稀土树脂膜层厚度为80μm～200μm，所述金属氧化物膜层的金属氧化物为氧化铪、氧化硅或氧化铝，金属氧化物膜层厚度为30nm～60nm；所述稀土微粉为铈、钐、钆、铒中的一种或几种的混合，所述稀土微粉的粒径为300～500目，所述氰酸酯树脂与稀土微粉的质量比为10：(2～3)；所述促进剂为乙酰丙酮铝，所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述氰酸酯树脂与促进剂的质量比为

10：(0.5～1)，所述氰酸酯树脂与偶联剂的质量比为10：(0.5～0.8)，所述氰酸酯树脂与聚醚酰亚胺的质量比为10：(1～2)；

所述保形涂层的制备方法按以下步骤进行：一、制备稀土树脂膜层：将氰酸酯树脂加热至熔融状态，然后加入促进剂、偶联剂、聚醚酰亚胺和稀土微粉，在搅拌状态下使混合均匀，得到涂层稀释液，对得到的涂层稀释液进行超声处理，超声处理后静置，然后将静置后的涂层稀释液涂覆于集成电路的管壳表面，然后进行分段固化，得到稀土树脂膜层；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；

二、制备复合保形涂层：将步骤一得到的稀土树脂膜层放入原子层沉积仪的沉积腔体‑3 ‑3

内，将沉积腔体抽至真空度为4×10 Torr～6×10 Torr，再通入保护气氛至腔体压力为

0.1Torr～0.2Torr，然后在温度为150～250℃的条件下进行原子层周期沉积，在稀土树脂膜层表面周期沉积生长金属氧化物膜层，周期沉积生长50～300个循环周期，得到保形涂层；所述原子层周期沉积的每个生长沉积周期的具体过程为：向沉积腔体内以脉冲形式注入氧源，脉冲时间为0.02s～0.04s，然后用氮气进行吹扫，吹扫时间为30s～60s，再向沉腔体内以脉冲形式注入金属源，脉冲时间为0.1s～0.3s，然后用氮气进行吹扫，吹扫时间为

30s～60s。

2.根据权利要求1所述的一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中将氰酸酯树脂于70～90℃下加热至熔融状态，步骤一中所述超声处理的超声功率为1000W～2000W，超声处理的时间为10min～20min，超声处理后静置3min～5min。

3.根据权利要求1所述的一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中所述保护气氛为纯度为99.99％的氮气。

4.根据权利要求1所述的一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中所述原子层周期沉积生长的金属源为铪源、铝源或硅源，所述铪源为四(二甲胺基)铪(IV)，所述铝源为三甲基铝，所述硅源为三(叔‑五氧代)硅烷醇，步骤二中所述原子层周期沉积生长的氧源为去离子水或臭氧，步骤二中所述原子层周期沉积生长的氧源温度为室温。

说明书

一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于辐照屏蔽材料及其制备领域，具体涉及一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层及其制备方法。

背景技术

[0002] 航天器在外层空间飞行时所处的环境条件十分苛刻，由于航天器所处的太空环境存在着许多高能粒子，集成电路会受到这些粒子的辐射作用导致性能退化。随着辐射剂量
的增加会产生总剂量效应，将进一步影响集成电路的性能，导致航天器发生故障或缩短其
使用寿命。为降低空间辐射带来的危害，需要采取专门的抗辐照加固处理工艺，确保航天器
在轨服役的可靠性。

[0003] 保形涂层作为一种特种聚合成膜材料，用于保护电路板、元件和其他电子元件免受腐蚀和污染所造成的不利环境条件的影响。其价格低廉，固化时间短且在涂覆期间不放
出污染物的优点备受广大研究者的关注。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决现现有辐照屏蔽材料防护性能低下及膜层结合力差的技术问题，而提供一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层及其制备方法。

[0005] 本发明的一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层由稀土树脂膜层和原子层沉积于稀土树脂膜层外表面的金属氧化物膜层构成，所述稀土树脂膜层由稀土微粉、氰酸酯树脂、促
进剂、偶联剂和聚醚酰亚胺混合熔融涂覆而成。

[0006] 进一步限定，所述金属氧化物膜层的金属氧化物为氧化铪、氧化硅或氧化铝。

[0007] 进一步限定，所述稀土树脂膜层80μm～200μm，金属氧化物膜层厚度为30nm～60nm。

[0008] 进一步限定，所述稀土微粉为铈、钐、钆、铒中的一种或几种按任意比的混合。

[0009] 进一步限定，所述稀土微粉的粒径为300～500目。

[0010] 进一步限定，所述促进剂为乙酰丙酮铝。

[0011] 进一步限定，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

[0012] 进一步限定，所述氰酸酯树脂与稀土微粉的质量比为10：(2～3)。

[0013] 进一步限定，所述氰酸酯树脂与促进剂的质量比为10：(0.5～1)。

[0014] 进一步限定，所述氰酸酯树脂与偶联剂的质量比为10：(0.5～0.8)。

[0015] 进一步限定，所述氰酸酯树脂与聚醚酰亚胺的质量比为10：(1～2)。

[0016] 本发明的一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层的制备方法按以下步骤进行：

[0017] 一、制备稀土树脂膜层：将氰酸酯树脂加热至熔融状态，然后加入促进剂、偶联剂、聚醚酰亚胺和稀土微粉，在搅拌状态下使混合均匀，得到涂层稀释液，对得到的涂层稀释液
进行超声处理，超声处理后静置，然后将静置后的涂层稀释液涂覆于集成电路的管壳表面，
然后进行分段固化，得到稀土树脂膜层；

[0018] 二、制备复合保形涂层：将步骤一得到的稀土树脂膜层放入原子层沉积仪的沉积‑3 ‑3
腔体内，将沉积腔体抽至真空度为4×10 Torr～6×10 Torr，再通入保护气氛至腔体压力
为0.1Torr～0.2Torr，然后在温度为150～250℃的条件下进行原子层周期沉积，在稀土树
脂膜层表面周期沉积生长金属氧化物膜层，得到保形涂层。

[0019] 进一步限定，步骤一中将氰酸酯树脂于70～90℃下加热至熔融状态。

[0020] 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。

[0021] 进一步限定，步骤一中所述涂覆为旋涂、刮涂或喷涂。

[0022] 进一步限定，步骤二中所述保护气氛为纯度为99.99％的氮气。

[0023] 进一步限定，步骤二中周期沉积生长50～300个循环周期。

[0024] 进一步限定，步骤二中所述原子层周期沉积生长的金属源为铪源、铝源或硅源。

[0025] 进一步限定，所述铪源为四(二甲胺基)铪(IV)，所述铝源为三甲基铝，所述硅源为三(叔‑五氧代)硅烷醇。

[0026] 进一步限定，步骤二中所述原子层周期沉积生长的氧源为去离子水或臭氧。

[0027] 进一步限定，步骤二中所述原子层周期沉积生长的氧源温度为室温。

[0028] 进一步限定：步骤二中所述金属氧化物膜层厚度为30nm～60nm。

[0029] 进一步限定：步骤二中所述金属氧化物膜层结构呈离散岛状分布。

[0030] 进一步限定，步骤二中所述原子层周期沉积的每个生长沉积周期的具体过程为：向沉积腔体内以脉冲形式注入氧源，脉冲时间为0.02s～0.04s，然后用氮气进行吹扫，吹扫
时间为30s～60s，再向沉腔体内以脉冲形式注入金属源，脉冲时间为0.1s～0.3s，然后用氮
气进行吹扫，吹扫时间为30s～60s。

[0031] 本发明与现有技术相比具有的优点：

[0032] 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。进
一步利用原子层沉积技术在其表面沉积纳米氧化物薄膜，构筑一种双层保护的复合保形涂
层，可有效提高膜层整体的抗辐照性能，实现电子元器件的空间抗辐照加固，在航天器外露
部件的防护领域具有广泛的应用前景。

[0033] 本发明所构筑的保形涂层由两层结构构成，利用原子层沉积技术在内层的高稀土含量树脂层表面沉积纳米金属氧化物薄膜，具有沉积温度低，厚度均匀可控的优点，利用其
良好的三维保型性和包裹性能，可有效改善涂覆膜层与基底间的界面结合强度。

[0034] 本发明通过调整和优化金属氧化物膜层的沉积工艺，来增加晶格中的氧空位，利于电子间的快速传递，可对射线进行充分吸收。内、外层通过不同密度材料的彼此复合，提
高涂层材料与基体的结合能力的同时满足对金属氧化物膜层的支撑和保护作用，可吸收低
能质子、低能中子，对X射线、γ射线也起到高效的吸收作用。实现电子元器件的空间抗辐射
加固，为长寿命高可靠航天器的选材和设计提供技术支持。

[0035] 本发明的保形涂层在模拟剂量为100～200kGy的电子辐照下，辐射屏蔽率高达88.5％。

具体实施方式

[0036] 具体实施方式一：本实施方式的一种氰酸酯基抗辐照加固保形涂层由稀土树脂膜层和原子层沉积于稀土树脂膜层外表面的金属氧化物膜层构成，所述稀土树脂膜层由稀土
微粉、氰酸酯树脂、促进剂、偶联剂和聚醚酰亚胺混合熔融涂覆而成，所述金属氧化物膜层
的金属氧化物为氧化铪，所述稀土树脂膜层厚度为120μm，氧化铪膜层厚度为45nm，所述稀
土微粉为钆，所述稀土微粉的粒径为500目，所述促进剂为乙酰丙酮铝，所述偶联剂为γ‑氨
丙基三乙氧基硅烷(即KH‑550)，所述氰酸酯树脂与稀土微粉的质量比为5：1，所述氰酸酯树
脂与乙酰丙酮铝的质量比为15：1，所述氰酸酯树脂与γ‑氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为
20：1，所述氰酸酯树脂与聚醚酰亚胺的质量比为10：1。

[0037] 制备上述氰酸酯基抗辐照加固保形涂层的方法按以下步骤进行：

[0038] 一、制备稀土树脂膜层：将100g氰酸酯树脂于80℃下加热至熔融状态，然后加入6.7g乙酰丙酮铝、5g KH‑550、10g聚醚酰亚胺和20g钆粉，在搅拌状态下使混合均匀，得到涂
层稀释液，对得到的涂层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，然后将静置后的涂层稀释液旋涂于电子元器件
的管壳表面，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，得到稀土树脂膜层；

[0039] 二、制备复合保形涂层：将步骤一得到的稀土树脂膜层放入原子层沉积仪的沉积‑3
腔体内，将沉积腔体抽至真空度为5×10 Torr，再通入纯度为99.99％的氮气至腔体压力为
0.15Torr，然后在温度为200℃的条件下进行原子层周期沉积，重复200个生长沉积周期，在
稀土树脂膜层表面周期沉积生长氧化铪膜层，得到保形涂层；其中每个生长沉积周期的具
体过程为：向沉积腔体内以脉冲形式注入臭氧，氧源温度为室温，脉冲时间为0.015s，然后
用纯度为99.99％的氮气进行吹扫，吹扫时间为60s，再向沉腔体内以脉冲形式注入金属源
四(二甲胺基)铪，脉冲时间为0.15s，然后用纯度为99.99％的氮气进行吹扫，吹扫时间为
60s。

[0040] 本实施方式步骤二中所述金属氧化物膜层结构呈离散岛状分布。

[0041] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述稀土树脂膜层厚度为80μm，金属氧化物膜层厚度为30nm。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0042] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述稀土树脂膜层厚度为150μm，金属氧化物膜层厚度为60nm。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0043] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述金属源为三(叔‑五氧代)硅烷醇。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0044] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述金属源为三甲基铝。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0045] 采用以下试验验证本发明的有益效果

[0046] 表1辐照屏蔽检测表

[0047]   电子辐照剂量(kGy) 辐照时间(min) 辐照后测得总剂量(kGy) 屏蔽率(％)具体实施方式一 150 60 17.3 88.5
具体实施方式二 150 60 25.5 83.0
具体实施方式三 150 60 21.5 85.7
具体实施方式四 150 60 29.5 80.5
具体实施方式五 150 60 27.3 81.8