用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料及其制备方法与流程

本发明涉及航空航天，具体涉及用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、航天器在轨运行时会受到地球辐射带影响产生总剂量效应，总剂量效应会对卫星电子元器件产生严重损害，当航天器运行至地球内辐射带区域时，粒子辐射环境中质子对总剂量的贡献起主导作用，部分卫星沿用高轨卫星采用和增加高原子序数金属(钽、铅等)的防护设计来作为物理屏蔽，这种屏蔽方式存在加工工艺复杂、与器件适应性差、重元素对质子防护性能较差等问题。而采用增厚铝壳提高器件的抗总剂量能力，自重高，不满足航天器轻量化设计需求。

2、现有屏蔽材料除金属外，还有以聚乙烯为基体掺杂金属粉末和纳米材料的薄膜材料，使用方法为卫星舱外、单机壳外部、器件外部包覆。由于其基体材料及包覆形式限制，导致器件散热不佳，与卫星热控系统产生冲突。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的辐射防护金属材料防护效率低，辐射防护复合薄膜材料在使用时与热控系统产生的冲突，且包覆过程施工工艺较为复杂的问题，而提供了一种用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料及其制备方法。

2、本发明的提供的技术方案如下：

3、一种用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料，所述涂料包括如下重量份数的各组分：

4、涂层粘结剂树脂1份～100份；

5、表面生长cnts的金属颗粒10份～60份；

6、所述表面生长cnts的金属颗粒，cnts对cu包覆率大于90％。

7、作为本发明的一个实施方式，所述涂料包括如下重量份数的各组分：

8、涂层粘结剂树脂10份～90份；

9、表面生长cnts的金属颗粒20份～50份；

10、所述表面生长cnts的金属颗粒，cnts对金属包覆率大于90％。

11、作为本发明的一个实施方式，所述涂料包括如下重量份数的各组分：

12、涂层粘结剂树脂50份～70份；

13、表面生长cnts的金属颗粒30份～40份；

14、所述表面生长cnts的金属颗粒，cnts对金属包覆率大于90％。

15、所述表面生长cnts的金属颗粒为表面生长cnts的cu颗粒。

16、述表面生长cnts的cu颗粒的制备方法包括如下步骤：

17、步骤1、将硝酸铁溶液作为前驱体溶液，浸渍cu颗粒，形成负载催化剂前驱体的cu颗粒，干燥，得到表面分散金属fe的cu颗粒；

18、步骤2、将表面分散金属fe的cu颗粒置于反应器中，通入惰性气体排空空气，再通入h2作为载气，升温至750℃～1000℃，通入c2h2作为碳源，开始碳纳米管的生长，生长时间30-80min，获得表面生长cnts的cu颗粒。

19、步骤2中，所述h2流量60sccm-80sccm；所述c2h2的流量为100sccm-120sccm。

20、步骤2中，所述反应器为管式炉。

21、涂层粘结剂树脂包括环氧树脂、有机硅树脂、聚硅氮烷树脂中的至少一种。

22、本发明还提供一种用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料的制备方法，包括如下步骤：

23、将涂层粘结剂树脂溶解在有机溶剂中稀释到20-25％wt，加入表面生长cnts的金属颗粒，混合搅拌均匀，即得所述用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料。

24、所述有机溶剂为二甲苯。

25、本发明还提供一种辐射防护与热控一体化涂层，所述辐射防护与热控一体化涂层由包括如下步骤的制备方法制备获得：

26、将所述用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料在基材表面喷涂，在100℃～150℃下固化12～36h，即得到所述辐射防护与热控一体化涂层。

27、cnts对金属包覆率要大于90％，可以有效地提高金属颗粒的导热能力，金属表面的cnts可以在树脂基体中形成导热链路，较单独金属颗粒，包覆cnts的金属颗粒在形成导热链路时由金属颗粒间的点连接变成cnts间的线连接；同时，cnts在基体材料中，可以利用碳元素较高的质子阻止本领，提高对质子的吸收能力；

28、所述涂层粘结剂树脂包括e51环氧树脂、乙烯基mq有机硅树脂、乙烯基聚硅氮烷树脂等。

29、本发明还提供一种用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料的应用，是将该涂料用于卫星防护空间质子辐射的同时替代卫星舱内高辐射率黑漆。

30、本发明提供的涂料使用时，采用喷涂的实施，较金属屏蔽材料、复合防护薄膜等更便于实施。

31、本发明具有以下优点：

32、1、本发明提供的涂料，由于采用的是涂料喷涂的实施方式，较金属屏蔽材料、复合防护薄膜等更便于实施，拓展了其使用范围；

33、2、本发明提供的涂料，制备涂料过程中，采用的表面生长cnts的金属颗粒，可以有效的提高涂料的导热性能，同时具有较高的半球发射率，在用于卫星辐射防护时，有利于器件的热量传导及热量在真空环境下的辐射；

34、3、本发明提供的涂层，防护质子效率相对于纯铝(相同质量厚度下)提高到1.14倍～1.94倍；

35、4、本发明提供的涂层，导热系数达到0.21w/m·k～0.87w/m·k，半球发射率达到0.85～0.90。

技术特征：

1.一种用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的各组分：

2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的各组分：

3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的各组分：

4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述表面生长cnts的金属颗粒为表面生长cnts的cu颗粒。

5.根据权利要求4所述的涂料，其特征在于，所述表面生长cnts的cu颗粒的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的涂料，其特征在于，步骤2中，所述h2流量60-80sccm；所述c2h2的流量为100sccm-120sccm。

7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述涂层粘结剂树脂包括环氧树脂、有机硅树脂、聚硅氮烷树脂中的至少一种。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.一种辐射防护与热控一体化涂层，其特征在于，所述辐射防护与热控一体化涂层由包括如下步骤的制备方法制备获得：

10.一种如权利要求1-7中任一项所述用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料的应用，其特征在于，将该涂料用于卫星防护空间质子辐射的同时替代卫星舱内高辐射率黑漆。

技术总结
本发明提供一种用于空间质子辐射防护与热控一体化的涂料及其制备方法，所述涂料包括如下重量份数的各组分：涂层粘结剂树脂1份～100份；表面生长CNTs的金属颗粒10份～60份；表面生长CNTs的金属颗粒，CNTs对金属包覆率大于90％；制备方法包括将涂层粘结剂树脂溶解在有机溶剂中稀释到20‑25％wt，加入表面生长CNTs的金属颗粒，混合搅拌均匀获得所述涂料。将所述涂料在基材表面喷涂，在100℃～150℃下固化12～36h，可得辐射防护与热控一体化涂层。本发明解决了现有的辐射防护金属材料防护效率低，在使用时与热控系统产生的冲突，且包覆过程施工工艺较为复杂的问题。

技术研发人员：李瑜婧,苏京,费涛,韩贺祥,潘阳阳,高冬冬,周博,刘刚
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：2024/4/17