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    重庆时时彩会一直有吗: 宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法.pdf

    关 键 词:
    宇航 脂肪 聚合物 绝缘材料 空间 辐照 效应 等效 评价 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610911382.2

    申请日:

    2016.10.19

    公开号:

    CN106404651A

    公开日:

    2017.02.15

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 17/00申请日:20161019|||公开
    IPC分类号: G01N17/00 主分类号: G01N17/00
    申请人: 哈尔滨工业大学
    发明人: 杨剑群; 李兴冀; 马国亮; 刘超铭
    地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
    优先权:
    专利代理机构: 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 代理人: 岳泉清
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610911382.2

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2019.03.29|||2017.03.15|||2017.02.15

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法,涉及粒子辐射环境用脂肪族聚合物绝缘材料不同辐照源位移辐照效应的等效性评价方法。解决了现有的宇航用脂肪族聚合物空间辐照效应评价方法,评价误差大的问题。计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、电离吸收剂量及射程;根据各辐射源在待测材料样品中的射程,确定待测材料样品的厚度,使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验,使各辐射源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度;辐照后,制定各辐射源在辐照条件下微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量关系曲线,及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线。本方法用于对脂肪族聚合物绝缘材料进行评价。

    权利要求书

    1.宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法,其特征在于,该方
    法包括如下步骤:
    步骤一、根据各辐射源的能量、待测材料样品的化学组分及待测材料样品的密度,利用
    基于Monte Carlo方法的GEANT4模拟软件,计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、电离
    吸收剂量及射程;
    所述的待测材料样品为脂肪族聚合物绝缘材料;
    所述的各辐射源包括Co源、电子、质子及重离子;
    步骤二、根据各辐射源在待测材料样品中的射程,确定待测材料样品的厚度,且以各辐
    射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚度;
    步骤三、取四块待测材料样品,且每块待测材料样品的厚度均与步骤二中确定的待测
    材料样品的厚度相同,使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验,使各辐射源的
    辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度;
    步骤四、辐照后,对各待测材料样品进行微观结构分析和性能测试;
    步骤五、根据步骤四获得的测试数据,制定各辐射源在辐照条件下的微观结构分析获
    得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线,及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的
    关系曲线,作为对脂肪族聚合物绝缘材料辐照效应等效性的评价结果。
    2.根据权利要求1所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方
    法,其特征在于,所述的微观结构分析的分析内容包括自由基、基团和化学成分;性能测试
    的测试内容包括力学性能、介电性能、绝缘性能及光学性能。
    3.根据权利要求2所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方
    法,其特征在于,步骤五中,微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括
    自由基与电离吸收剂量的关系曲线、基团与电离吸收剂量的关系曲线和化学成分与电离吸
    收剂量的关系曲线;
    性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括力学性能与电离吸收剂量
    的关系曲线、介电性能与电离吸收剂量的关系曲线、绝缘性能与电离吸收剂量的关系曲线
    及光学性能与电离吸收剂量的关系曲线。
    4.根据权利要求1所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方
    法,其特征在于,所述的力学性能测试满足GB/T 1040-2006国家试验标准要求,介电性能测
    试满足GB/T 1409-2006国家试验标准要求,绝缘性能测试满足GB/T 1040-2006国家试验标
    准要求,光学性能测试满足GB/T 30983-2014国家试验标准要求。

    说明书

    宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法

    技术领域

    本发明涉及粒子辐射环境用脂肪族聚合物绝缘材料不同辐照源位移辐照效应的
    等效性评价方法。

    背景技术

    随着航天器可靠性要求的不断提高,对电连接器、继电器及电线电缆等电气元件
    的空间环境可靠性也提出了更高的要求。大量工程实践表明,由于电连接器、继电器及电线
    电缆的绝缘性能影响到电子设备工作的稳定性、可靠性,并对其寿命起决定作用,所以必须
    对宇航电连接器、继电器及电线电缆所用的绝缘材料进行研究。

    绝缘材料可以分为两大类,聚合物绝缘材料和无机绝缘材料。其中,聚合物绝缘材
    料以其优异的电气绝缘性能、综合平衡性能、良好的加工成型性能,在航天器中有着广泛的
    应用。

    在宇宙空间中存在大量的带电粒子,包括:地球辐射带、太阳宇宙射线及银河宇宙
    射线,其能量可达数十keV甚至数百MeV以上,同时也存在着穿透能力极强的各种射线,如γ
    射线。

    空间实践表明,在空间服役时,来自空间的带电粒子和射线会引起聚合物绝缘材
    料的分子结构发生变化,从而导致绝缘材料的绝缘性能降低,直接影响到电气设备的可靠
    性。

    由此可见,聚合物绝缘材料作为航天器上电气、电子器件的关键组成部分,其性能
    直接影响到仪器设备乃至航天器运行的可靠性和寿命。

    因此,针对聚合物绝缘材料空间应用的需要,通过地面辐照试验有效地表征和评
    价聚合物绝缘材料空间辐射损伤行为是十分必要的。

    迄今,国内外针对聚合物绝缘材料的研究主要集中于单一辐照源,包括带电粒子
    和各种射线的能量、注量对其性能及微观结构的影响,并没有深入探究不同辐照源作用下
    聚合物绝缘材料的辐照损伤机理的差异,并且对于不同辐照源作用下聚合物绝缘材料的辐
    照效应及损伤机理能否等效这一问题还不清楚。

    因此,目前国际上针对聚合物空间辐照效应等效性的评价方法处于空白。这必然
    会导致空间用聚合物绝缘材料的空间辐照效应的评价不够准确,从而直接影响到仪器设备
    乃至航天器运行的可靠性和寿命。

    发明内容

    本发明是为了解决现有的宇航用脂肪族聚合物空间辐照效应评价方法,评价误差
    大的技术问题,本发明提供了一种宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评
    价方法。

    宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法,该方法包括如下
    步骤:

    步骤一、根据各辐射源的能量、待测材料样品的化学组分及待测材料样品的密度,
    利用基于Monte Carlo方法的GEANT4模拟软件,计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、
    电离吸收剂量及射程;

    所述的待测材料样品为脂肪族聚合物绝缘材料;

    所述的各辐射源包括Co源、电子、质子及重离子;

    步骤二、根据各辐射源在待测材料样品中的射程,确定待测材料样品的厚度,且以
    各辐射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚度;

    步骤三、取四块待测材料样品,且每块待测材料样品的厚度均与步骤二中确定的
    待测材料样品的厚度相同,使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验,使各辐射
    源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度;

    步骤四、辐照后,对各待测材料样品进行微观结构分析和性能测试;

    步骤五、根据步骤四获得的测试数据,制定各辐射源在辐照条件下的微观结构分
    析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线,及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂
    量的关系曲线,作为对脂肪族聚合物绝缘材料辐照效应等效性的评价结果。

    所述的微观结构分析的分析内容包括自由基、基团和化学成分;性能测试的测试
    内容包括力学性能、介电性能、绝缘性能及光学性能。

    步骤五中,微观结构分析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括自由基
    与电离吸收剂量的关系曲线、基团与电离吸收剂量的关系曲线和化学成分与电离吸收剂量
    的关系曲线;

    性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括力学性能与电离吸收
    剂量的关系曲线、介电性能与电离吸收剂量的关系曲线、绝缘性能与电离吸收剂量的关系
    曲线及光学性能与电离吸收剂量的关系曲线。

    所述的力学性能测试满足GB/T 1040-2006国家试验标准要求,介电性能测试满足
    GB/T 1409-2006国家试验标准要求,绝缘性能测试满足GB/T 1040-2006国家试验标准要
    求,光学性能测试满足GB/T 30983-2014国家试验标准要求。

    本发明带来的有益效果是,依据本发明方法对脂肪族聚合物绝缘材料进行等效评
    价,在辐照粒子能够完全穿透被测材料样品整体厚度的情况下,不同辐照源粒子均对该类
    聚合物绝缘材料造成的损伤以电离损伤为主,材料性能的退化程度与辐照源无关,即不存
    在LET效应,只与电离吸收剂量有关;本发明等效方法操作简单,评价结果的准确度高。

    附图说明

    图1为本发明所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方
    法的流程图;

    图2为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下,交联乙烯-四氟乙烯共聚物
    (XETFE)绝缘材料的介电常数随着电离吸收剂量的演化曲线;

    图3为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下,交联乙烯-四氟乙烯共聚物
    (XETFE)绝缘材料的绝缘电阻随着电离吸收剂量的演化曲线;

    图4为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下,XETFE绝缘材料的断裂延伸率随
    着电离吸收剂量的演化曲线;

    图5为Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照条件下,XETFE绝缘材料的终止融化温度
    随着电离吸收剂量的演化曲线;

    图6为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下,脂肪族聚合物绝缘材料聚乙烯(PE)的拉
    伸强度与电离吸收剂量关系曲线;

    图7为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下,脂肪族聚合物绝缘材料聚乙烯(PE)的断
    裂延伸率与电离吸收剂量的关系曲线;

    图8为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下,两种脂肪族聚合物绝缘材料聚四氟乙烯
    (PTFE)的拉伸强度与电离吸收剂量的关系曲线;

    图9为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下,两种脂肪族聚合物绝缘材料聚四氟乙烯
    (PTFE)的断裂延伸率与电离吸收剂量的关系曲线。

    具体实施方式

    具体实施方式一:参见图1说明本实施方式,本实施方式所述的宇航用脂肪族聚合
    物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法,该方法包括如下步骤:

    步骤一、根据各辐射源的能量、待测材料样品的化学组分及待测材料样品的密度,
    利用基于Monte Carlo方法的GEANT4模拟软件,计算各辐射源在待测材料样品中的LET值、
    电离吸收剂量及射程;

    所述的待测材料样品为脂肪族聚合物绝缘材料;

    所述的各辐射源包括Co源、电子、质子及重离子;

    步骤二、根据各辐射源在待测材料样品中的射程,确定待测材料样品的厚度,且以
    各辐射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚度;

    步骤三、取四块待测材料样品,且每块待测材料样品的厚度均与步骤二中确定的
    待测材料样品的厚度相同,使每种辐射源对应一块待测材料样品进行辐照试验,使各辐射
    源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度;

    步骤四、辐照后,对各待测材料样品进行微观结构分析和性能测试;

    步骤五、根据步骤四获得的测试数据,制定各辐射源在辐照条件下的微观结构分
    析获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线,及性能测试获得的各物理量与电离吸收剂
    量的关系曲线,作为对脂肪族聚合物绝缘材料辐照效应等效性的评价结果。

    本实施方式中,当各辐射源在相同坐标关系下的曲线重合,则证明各辐射源可相
    互等效,各辐射源在相同坐标关系下的曲线越趋近于一致,则证明各辐射源的特性越趋于
    一致。

    步骤二中,由于各辐射源的辐照粒子在待测材料样品内部的射程不同,评价不同
    辐照源(Co60、高低能电子、高低能质子及各总能量重离子)条件下聚合物绝缘材料的辐照
    损伤效应时可能会遇到两种情况;

    一种情况,辐照粒子能够完全穿透待测材料样品的整体厚度,即能够对待测材料
    样品造成均匀性损伤,适用于评价材料的整体性能;

    另一种情况,辐照源粒子射程较短(小于待测材料样品厚度),对待测材料样品造
    成非均匀性损伤,难于评价材料的整体性能,适合评价表面性能。

    因此,本申请以各辐射源在待测材料样品中的最小射程作为待测材料样品的厚
    度;使各辐射源的辐照粒子完全穿透所对应的待测材料样品的厚度;在同等条件下进行辐
    照试验,提高测试结果的精确度。

    辐照后对聚合物绝缘材料进行微观结构分析,测试时应满足各种分析仪器设备对
    测试样品的要求。通常,在辐照试验后应在短时间内进行测试,特别是对聚合物绝缘材料内
    部自由基的测试。

    具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘
    材料的空间辐照效应等效性评价方法的区别在于,所述的微观结构分析的分析内容包括自
    由基、基团和化学成分;性能测试的测试内容包括力学性能、介电性能、绝缘性能及光学性
    能。

    具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式二所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘
    材料的空间辐照效应等效性评价方法的区别在于,步骤五中,微观结构分析获得的各物理
    量与电离吸收剂量的关系曲线包括自由基与电离吸收剂量的关系曲线、基团与电离吸收剂
    量的关系曲线和化学成分与电离吸收剂量的关系曲线;

    性能测试获得的各物理量与电离吸收剂量的关系曲线包括力学性能与电离吸收
    剂量的关系曲线、介电性能与电离吸收剂量的关系曲线、绝缘性能与电离吸收剂量的关系
    曲线及光学性能与电离吸收剂量的关系曲线。

    具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一所述的宇航用脂肪族聚合物绝缘
    材料的空间辐照效应等效性评价方法的区别在于,所述的力学性能测试满足GB/T 1040-
    2006国家试验标准要求,介电性能测试满足GB/T 1409-2006国家试验标准要求,绝缘性能
    测试满足GB/T 1040-2006国家试验标准要求,光学性能测试满足GB/T 30983-2014国家试
    验标准要求。

    由图2至图5可知,不同辐射源辐照条件下XETFE绝缘材料的性能退化与电离吸收
    剂量能够较好地满足一定的关系。这说明该材料由不同辐照源导致的性能退化只取决于电
    离吸收剂量与辐照源无关?;谏鲜龇治鼋峁梢猿浞炙得?,针对XETFE这种聚合物绝缘材
    料,不存在LET效应,即Co-60、1MeV电子及10MeV质子辐照源是可以相互等效的。

    图6和图9为1MeV电子和10MeV质子辐照条件下两种脂肪族聚合物绝缘材料聚乙烯
    (PE)和聚四氟乙烯(PTFE)拉伸性能(拉伸强度和断裂延伸率)与电离吸收剂量关系曲线。试
    验结果表明,针对这两种材料,1MeV电子和10MeV质子之间也是可以等效的。

    关于本文
    本文标题:宇航用脂肪族聚合物绝缘材料的空间辐照效应等效性评价方法.pdf
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