[发明专利]一种纳米氧化铋抗辐射陶瓷涂层、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纳米氧化铋抗辐射陶瓷涂层、制备方法及应用，所述的陶瓷涂层是由如下质量百分比的组分制备的特征涂料的浆料固化而成：纳米氧化铋10～25％；硅烷20～30％；酸2～5％；溶剂45～60％；助剂1～5％；所述特征涂料的浆料固化后形成陶瓷涂层，该陶瓷涂层中氧化铋的含量最高可达到80wt％。本发明还公开了该陶瓷涂层的制备方法，先制得特征涂料，涂覆在管壳基底材料表面，制备特征涂层，固化后得到陶瓷涂层。本发明还公开了该陶瓷涂层的应用，将其用于提升电子元器件基体的抗辐射性能,可有效降低电子元器件基体被γ或X射线等高能辐射的损害。

技术领域

本发明涉及抗辐射材料技术领域，具体涉及一种纳米氧化铋抗辐射陶瓷涂层、制备方法及应用。

背景技术

随着航天技术与核技术的发展，随之而来的辐射安全的问题正受到越来越广泛的关注，对微电子器件与光电集成器件在恶劣环境下的防辐射(辐照)的特性及防护研究越来越重要。在太空环境中，宇宙辐射是不可避免的，而宇宙辐射恰恰会对CPU等微电子器件与光电集成器件造成损坏。微电子器件中的数字和模拟集成电路的辐射效应一般分为总剂量效应(TID)、单粒子效应(SEE)和剂量率(Dose Rate)效应。总剂量效应源于由γ光子、质子和中子照射所引发的氧化层电荷陷阱或位移破坏，包括漏电流增加、MOSFET阈值漂移，以及双极晶体管的增益衰减。SEE是由辐射环境中的高能粒子(质子、中子、α粒子和其他重离子)轰击微电子电路的敏感区引发的。在p－n结两端产生电荷的单粒子效应，可引发软误差、电路闭锁或元件烧毁。SEE中的单粒子翻转会导致电路节点的逻辑状态发生翻转。剂量率效应是由甚高速率的γ或X射线，在极短时间内作用于电路，并在整个电路内产生光电流引发的，可导致闭锁、烧毁和轨电压坍塌等破坏。上述情况都会导致芯片等微电子器件与光电集成器件的损毁。

为了解决微电子器件与光电集成器件在恶劣环境下的防辐射(辐照)的问题，一般采用两种技术路线：一是给微电子器件与光电集成器件(例如CPU芯片)加一个抗辐射封装，二是采用抗辐射加固技术，即采用电路设计和版图设计减轻电离辐射破坏的方法。抗辐射加固工艺技术具有高度的专业化属性和很高的复杂性，因此只有少数几个厂家能够掌握该项技术，而且成本高昂。

目前的防辐射封装对芯片等微电子器件与光电集成器件的保护是有限的，高能粒子流可以打穿芯片的封装材料，进入芯片内部对芯片造成破坏，仍然需要进行防辐射性能的提升。中国发明专利申请号CN201210168571.7公开了一种辐射防护材料，该辐射防护涂料是由多种吸收X，γ射线的金属元素和硅砂等按一定比例和粒度混合而成的干粉状辐射防护材料，主要成分为金属盐硫酸钡和金属氧化物，其中金属氧化物各成分的重量比为：氧化铁：氧化铜：氧化铅：氧化铋＝0.98～1.2：1.0～1.5：4.5～5.2：0.4～0.8，将它们混合，即可制成辐射防护材料，用于建筑物的防辐射材料。由于X射线是连续能谱，复合防护材料中含多种金属元素和非金属元素，对不同能量的X射线有各自不同的“边界限吸收”，因此其防护性能优于单质防护材料。

但是，上述技术方案中提供的方案以及传统抗辐射材料因含有铅、铬等有毒元素，后期处理成本高，并且极易造成环境污染，破坏生态。在抗辐射研究中发现，铋的原子序数更大，对辐射源的衰减系数比铅更大，并且兼具绿色无毒的巨大优势，故其在抗辐射相关领域的研究应用前景广阔。目前，在铋的相关研究中，氧化铋作为抗γ射线辐射材料在特种玻璃中已有相关研究应用，氧化铋相比传统的氧化铅防辐射材料无毒无害，化学性质更加稳定，是一种优良的抗辐射材料。但是，由于氧化铋材料自身材料特性的限制，难以将其涂层化，特别是难以将其在低温下形成均匀、致密、厚度可调的坚固涂层，用于微电子器件与光电集成器件在恶劣环境下的防辐射，达到抗辐射加固目的，同时又不改变微电子器件与光电集成器件的原有形状及其他的综合性能。

发明内容