抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构的制作方法

本发明涉及航天器轻量化多功能结构领域，具体地，涉及一种抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构。

背景技术：

1、我国航天器功能水平逐年提升，电子设备向高集成、高性能发展。航天器内部精密电子设备极易受到电磁环境以及辐照环境的影响。强电磁脉冲能量渗透到电子设备内部时，通过能量的高密度作用造成电子元器件、集成电路的损伤或损毁，造成航天器内部精密电子设备功能失效。在强电磁脉冲的屏蔽防护技术方面，国外主要使用屏蔽方舱保护重要的电子设备。屏蔽材料包括传统的铝、铜和高导磁率的合金以及导电塑料等新型屏蔽材料。但电磁波多次反射易造成舱内电磁污染，影响其他设备正常工作。同时由于强电磁脉冲本身携带的巨大能量，需要考虑强电磁脉冲所引起的热效应，避免高温对材料带来的烧蚀影响。

2、另一方面，航天器在轨运行时会经历带电粒子辐射。当辐射粒子入射到微电子器件时，引起的材料电离会对器件的工作状态产生影响，但很多情况下单个的入射粒子并不足以立刻引起器件工作状态发生偏离，而是当微电子器件长期处于辐射环境时，多次的粒子入射会造成器件中电荷累积，从而引起器件性能退化或者失效。对于带电粒子辐射的防护手段是物理屏蔽。使用不同防护材料，如依靠增加航天器舱体、防护墙、元器件封装等质量屏蔽厚度的方法，使航天器件接受尽量少的辐射剂量。其主要通过辐射粒子与防护材料相互碰撞等一系列的核反应而实现辐射能量损耗。常用屏蔽手段普遍存在重量大、防护效率低、可设计性差等缺点。

3、因此，发明人认为需要提供一种抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，保护航天器内部敏感单机免受强电磁脉冲及质子、电子辐射影响，同时满足航天器轻量化设计要求，可提升航天器在轨运行可靠性和寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构。

2、根据本发明提供的一种抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构,包括：吸波层、点阵夹层结构以及抗辐射工质，所述吸波层为网格状三维吸波超构材料结构，所述吸波层以所述点阵夹层结构的一侧表面为金属基底，所述点阵夹层结构为三维点阵增强的密封连通结构，所述点阵夹层结构内部空腔充装有所述抗辐射工质，所述抗辐射工质包括掺杂有辐射防护粒子的基体相变材料，所述辐射防护粒子包括金属纳米颗粒和非金属纳米颗粒。

3、优选地，所述基体相变材料包括石蜡，熔点为16至40℃。

4、优选地，所述金属纳米颗粒包括钽、钨、钛，所述非金属纳米颗粒包括碳纳米管、石墨烯，所述金属纳米颗粒的质量分数为15％至24％，所述非金属纳米颗粒的质量分数为4％至8％。

5、优选地，所述吸波层包括衬底薄膜和电阻膜，所述衬底薄膜和所述电阻膜构成垂直交叉阵列结构，高度为10至30mm。

6、优选地，所述衬底薄膜包括pet、pi、peek薄膜材料，厚度为0.1至0.3mm，所述电阻膜包括ito膜、碳膜。

7、优选地，所述点阵夹层结构包括外部的壳体，所述壳体为长方体空腔结构，所述壳体的壁厚为0.5mm至1mm，内表面棱边设置有倒角，倒角半径为0.3至0.8mm，所述壳体上设置有充装孔。

8、优选地，所述点阵夹层结构包括内部的三维点阵胞元，所述三维点阵胞元形成平移阵列，所述三维点阵胞元包括体心立方、金字塔、kagome构型。

9、优选地，所述三维点阵胞元的体心立方结构由8根等长圆杆在中心点相交，单胞底边为正方形，圆杆直径为0.3至1mm。

10、优选地，所述点阵夹层结构采用增材制造工艺制备，材质为铝合金，整体厚度为6mm至12mm。

11、优选地，所述抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构应用于航天器敏感单机保护壳或挡板，所述吸波层面向强电磁脉冲来源方向。

12、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

13、本发明通过吸波层吸收强电磁脉冲能量，减少反射，避免航天器内部电磁环境二次污染；通过填充了抗辐射工质的点阵夹层结构传导吸收吸波层转换的热量，避免局部过热；通过采用相变储热基体材料掺杂辐射防护纳米颗粒实现带电粒子的辐射防护；具备强电磁脉冲与带电粒子辐射兼容防护能力，结构简单合理，附加重量小，可实施性强，可以灵活应用于航天器敏感单机防护结构，减少强电磁脉冲与带电粒子辐射对敏感单机的损伤和破坏，同时兼具承载和储热功能，满足航天器轻量化要求，显著提高了航天器在轨运行的可靠性和安全性。

技术特征：

1.一种抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，包括：吸波层(1)、点阵夹层结构(2)以及抗辐射工质(3)，所述吸波层(1)为网格状三维吸波超构材料结构，所述吸波层(1)以所述点阵夹层结构(2)的一侧表面为金属基底，所述点阵夹层结构(2)为三维点阵增强的密封连通结构，所述点阵夹层结构(2)内部空腔充装有所述抗辐射工质(3)，所述抗辐射工质(3)包括掺杂有辐射防护粒子的基体相变材料(31)，所述辐射防护粒子包括金属纳米颗粒(32)和非金属纳米颗粒(33)。

2.如权利要求1所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述基体相变材料(31)包括石蜡，熔点为16至40℃。

3.如权利要求1所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述金属纳米颗粒(32)包括钽、钨、钛，所述非金属纳米颗粒(33)包括碳纳米管、石墨烯，所述金属纳米颗粒(32)的质量分数为15％至24％，所述非金属纳米颗粒(33)的质量分数为4％至8％。

4.如权利要求1所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述吸波层(1)包括衬底薄膜(11)和电阻膜(12)，所述衬底薄膜(11)和所述电阻膜(12)构成垂直交叉阵列结构，高度为10至30mm。

5.如权利要求4所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述衬底薄膜(11)包括pet、pi、peek薄膜材料，厚度为0.1至0.3mm，所述电阻膜(12)包括ito膜、碳膜。

6.如权利要求1所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述点阵夹层结构(2)包括外部的壳体(21)，所述壳体(21)为长方体空腔结构，所述壳体(21)的壁厚为0.5mm至1mm，内表面棱边设置有倒角，倒角半径为0.3至0.8mm，所述壳体(21)上设置有充装孔(23)。

7.如权利要求1所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述点阵夹层结构(2)包括内部的三维点阵胞元(22)，所述三维点阵胞元(22)形成平移阵列，所述三维点阵胞元(22)包括体心立方、金字塔、kagome构型。

8.如权利要求7所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述三维点阵胞元(22)的体心立方结构由8根等长圆杆在中心点相交，单胞底边为正方形，圆杆直径为0.3至1mm。

9.如权利要求1所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述点阵夹层结构(2)采用增材制造工艺制备，材质为铝合金，整体厚度为6mm至12mm。

10.如权利要求1所述的抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，其特征在于，所述抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构应用于航天器敏感单机保护壳或挡板，所述吸波层(1)面向强电磁脉冲来源方向。

技术总结本发明提供了一种抗强电磁脉冲与抗带电粒子辐射的防护一体化结构，包括吸波层、点阵夹层结构以及抗辐射工质，吸波层为网格状三维吸波超构材料结构，吸波层以点阵夹层结构的一侧表面为金属基底，点阵夹层结构为三维点阵增强的密封连通结构，点阵夹层结构内部空腔充装有抗辐射工质，抗辐射工质包括掺杂有辐射防护粒子的基体相变材料，辐射防护粒子包括金属纳米颗粒和非金属纳米颗粒。本发明具备强电磁脉冲与带电粒子辐射兼容防护能力，可以灵活应用于航天器敏感单机防护结构，减少强电磁脉冲与带电粒子辐射对敏感单机的损伤和破坏，满足航天器轻量化要求，显著提高了航天器在轨运行的可靠性。技术研发人员：费志禾,徐骏,刘刚,费涛,高冬冬受保护的技术使用者：上海卫星装备研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/14