CN106645216A - 绝缘材料在轨性能退化的预测方法 - Google Patents

绝缘材料在轨性能退化的预测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106645216A
CN106645216A CN201611031477.1A CN201611031477A CN106645216A CN 106645216 A CN106645216 A CN 106645216A CN 201611031477 A CN201611031477 A CN 201611031477A CN 106645216 A CN106645216 A CN 106645216A
Authority
CN
China
Prior art keywords
insulant
irradiation
performance
lamellar
characteristic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611031477.1A
Other languages
English (en)
Inventor
江理东
芮二明
刘文宝
王敬贤
张伟
李兴冀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHINA ASTRONAUTICS STANDARDS INSTITUTE
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
CHINA ASTRONAUTICS STANDARDS INSTITUTE
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHINA ASTRONAUTICS STANDARDS INSTITUTE, Harbin Institute of Technology filed Critical CHINA ASTRONAUTICS STANDARDS INSTITUTE
Priority to CN201611031477.1A priority Critical patent/CN106645216A/zh
Publication of CN106645216A publication Critical patent/CN106645216A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/632—Specific applications or type of materials residual life, life expectancy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

本发明提供了一种绝缘材料在轨性能退化的预测方法，包括如下步骤：提供辐射源及绝缘材料；用所述辐射源对所述绝缘材料进行辐照；对所述绝缘材料进行特征性能测试，获得特征曲线；对所述绝缘材料进行空间环境模拟计算，获得所述绝缘材料在预计寿命内的累积电离吸收剂量；根据所述累积电离吸收剂量在所述特征曲线内查找所述绝缘材料对应的特征性能参数值，预测所述绝缘材料在轨性能退化状况。本发明建立了合理统一的机电元件用绝缘材料在轨性能退化的预测方法，支撑航天工程星箭系统配套电线电缆、继电器、电连接器元件的考核评价工作，对航天器寿命预测和可靠性研究有着重要的意义。

Description

绝缘材料在轨性能退化的预测方法
技术领域
本发明涉及材料性能测试技术领域，特别是涉及一种绝缘材料在轨性能退化的预测方法。
背景技术
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。采用绝缘材料制成的电线电缆、继电器及电连接器作为基本的机电元件，在航天领域应用范围大，数量可观，地位重要。
大量工程实践表明，由于电线电缆、继电器及电连接器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，所以必须对宇航电线电缆、继电器及电连接器所用的绝缘材料的使用寿命进行研究。目前，国内外尚无合理统一的机电元件用绝缘材料辐照效应的在轨性能退化的预测方法。
发明内容
基于此，有必要针对绝缘材料提供一种在轨性能退化的预测方法，该预测方法简单直观，且可以在地面进行。
一种绝缘材料在轨性能退化的预测方法，包括如下步骤：
S100，选择辐射源并提供绝缘材料；
S200，用所述辐射源对所述绝缘材料进行辐照；
S300，对所述绝缘材料进行特征性能测试，以获得所述绝缘材料的特征性能与电离吸收剂量的关系的特征曲线；
S400，对所述绝缘材料进行空间环境模拟计算，以获得所述绝缘材料在预计寿命内的累积电离吸收剂量；以及
S500，根据所述累积电离吸收剂量在所述特征曲线内查找所述绝缘材料对应的特征性能参数值，预测所述绝缘材料在轨性能退化状况。
在其中一个实施例中，所述步骤S100中，所述绝缘材料为厚度均匀一致的多个片状绝缘材料。
在其中一个实施例中，所述步骤S200包括：
S210，将所述绝缘材料分成多组所述片状绝缘材料，每组所述片状绝缘材料包括多个所述片状绝缘材料；
S220，采用不同的辐照剂量分别辐照所述多组片状绝缘材料；
S230，记录所述每组片状绝缘材料的辐照剂量值。
在其中一个实施例中，所述步骤S220中，采用束流测量系统控制所述辐照过程中的辐照束流，所述束流测量系统的测量误差小于10％。
在其中一个实施例中，所述步骤S220中，所述绝缘材料受辐照面积范围内的注量均匀性误差小于10％。
在其中一个实施例中，所述步骤S220中，所述辐射源为Co辐射源，所述辐射源的辐照剂量率在10rad(Si)/s～100rad(Si)/s范围内。
在其中一个实施例中，所述步骤S220中，所述辐射源为电子辐射源或质子辐射源，所述辐射源的辐照注量率在107粒子/cm2·s～1010粒子/cm2·s范围内。
在其中一个实施例中，所述步骤S300包括：
S310，通过移位测试获取每组所述片状绝缘材料的特征性能参数；
S320，根据所述特征性能参数，以及该特征性能参数对应的辐照剂量值获得所述特征曲线。
在其中一个实施例中，所述步骤S400包括：对不同应用环境下所述绝缘材料进行空间环境模拟计算，得出所述绝缘材料在不同应用环境下在预计寿命内的不同累积电离吸收剂量。
在其中一个实施例中，所述步骤S500包括：
S510，根据所述不同累积电离吸收剂量在所述特征曲线内查找所述绝缘材料对应的特征性能参数值；
S520，若所述绝缘材料的特征性能参数值仍然满足空间应用需求，则预测所述绝缘材料在轨性能退化状况；
S530，若所述绝缘材料的特征性能参数值已经不能满足所述空间应用需求，则禁止在所述应用环境下使用所述绝缘材料。
本发明提供的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，通过对所述绝缘材料进行辐照后，获得所述绝缘材料的特征性能与电离吸收剂量的关系的特征曲线。然后再通过所述绝缘材料在空间环境中预计寿命内的累积电离吸收剂量来计算所述绝缘材料的特征性能参数值，从而实现了对所述绝缘材料在轨性能退化的测试。该方法可以应用于支撑航天工程星箭系统配套电线电缆、继电器、电连接器元件的考核评价工作，对航天器寿命预测和可靠性研究提供了预测方法。
附图说明
图1为本发明提供的绝缘材料在轨性能退化的预测方法流程图；
图2为本发明提供的绝缘材料在轨性能退化的预测方法示意图；
图3为本发明一个实施例提供的绝缘材料受辐照后的介电常数与电离吸收剂量之间的关系曲线；
图4为本发明一个实施例提供的绝缘材料受辐照后的拉伸强度与电离吸收剂量之间的关系曲线；
图5为本发明一个实施例提供的绝缘材料受辐照后的起始降解温度与电离吸收剂量之间的关系曲线；
图6为本发明一个实施例提供的绝缘材料的介电常数与电离吸收剂量之间的关系曲线进行拟合后的介电常数特征曲线；
图7为本发明另一个实施例提供的绝缘材料受辐照后的拉伸强度与电离吸收剂量之间的关系曲线；
图8为本发明另一个实施例提供的绝缘材料受辐照后的断裂延伸率与电离吸收剂量之间的关系曲线。
主要元件符号说明：
辐射源 110
绝缘材料 120
样品台 130
束流控制系统 140
测试仪器 330
测试台 340
计算机模拟设备 410
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明绝缘材料在轨性能退化的预测方法的具体实施例进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-2，本发明实施例提供一种绝缘材料在轨性能退化的预测方法，所述预测方法包括以下步骤：
S100，选择辐射源110并提供绝缘材料120；
S200，用所述辐射源110对所述绝缘材料120进行辐照；
S300，对所述绝缘材料120进行特征性能测试，以获得所述绝缘材料120的特征性能与电离吸收剂量的关系的特征曲线；
S400，对所述绝缘材料120进行空间环境模拟计算，以获得所述绝缘材料120在预计寿命内的累积电离吸收剂量；
S500，根据所述累积电离吸收剂量在所述特征曲线内查找所述绝缘材料120对应的特征性能参数值，预测所述绝缘材料在轨性能退化状况。
上述方法可以用于预测机电元件用绝缘材料的在轨性能退化状况。在航天领域，绝缘材料的应用十分广泛，例如卫星中的机电元件使用了大量的绝缘材料。在空间中，由于存在复杂的辐照环境，所述机电元件用绝缘材料会因为受到辐照从而影响所述绝缘材料的性能。比如辐照使得绝缘材料的电学性能、力学性能或热学性能降低。以上描述的就是机电元件用绝缘材料的在轨性能退化。
所述步骤S100中，所述绝缘材料可以为航天领域中经常用到的各种绝缘材料，如聚乙烯PE、聚四氟乙烯PTFE、聚酰亚胺PI、聚醚酰亚胺PEI、交联乙烯-四氟乙烯共聚物XETFE等。所述辐射源110用来提供辐照，所述辐射源110不限制，可以是各种用于辐照的辐射源，如Co辐射源、电子辐射源及质子辐射源。当所述绝缘材料为脂肪族绝缘材料时，可选择Co辐射源、电子及质子辐射源进行辐照。当所述绝缘材料为芳香族绝缘材料时，可选择Co辐射源、电子辐射源进行辐照。为了测试方便，所述绝缘材料120可以为规则形状。在一个实施例中，所述绝缘材料120为片状绝缘材料。为了提高在轨性能退化的预测方法的准确性，所述绝缘材料120可以为厚度均匀一致，未受到过空间辐射及类似的地面辐照。
所述步骤S200中，通过所述辐射源110对所述绝缘材料120进行辐照。所述绝缘材料120承受辐照后，预测其在轨性能退化状况。在一个实施例中，所述步骤S200可以包括以下步骤：
S210，将所述绝缘材料120分成多组，每组包括多个所述片状绝缘材料；
S220，采用不同的辐照剂量分别辐照所述多组片状绝缘材料；
S230，记录所述每组片状绝缘材料的辐照剂量值。
在所述步骤S210中，为了完成不同辐照剂量的辐照，将所述绝缘材料120分成多组所述片状绝缘材料。为了保证所述特征性能测试的准确性，每组所述片状绝缘材料又包含多个所述片状绝缘材料。
在所述步骤S220中，对每一组所述片状绝缘材料采用同一辐照剂量进行辐照。对每组所述片状绝缘材料包括的多个所述片状绝缘材料进行特征性能测试。所述特征性能参数为每组的多个所述片状绝缘材料的测量平均值。将所述绝缘材料120置于样品台130。调整所述辐射源110的位置，使所述绝缘材料120能够受到均匀的辐照。
可以理解，所述步骤S220中，所述辐照过程需要满足特定要求，如：束流控制要求、辐照场均匀性要求、辐照剂量率或注量率要求、辐照能量要求及辐照剂量要求。
所述束流控制要求是在所述辐照过程中，采用束流测量系统140控制所述辐照过程中的辐照束流，控制所述辐照束流的测量误差小于10％。
所述辐照场均匀性要求是在所述辐照过程中所述辐射源110形成的辐照场照射到所述绝缘材料120应满足一定的均匀性要求。所述辐照过程中，所述绝缘材料120受辐照面积范围内的注量均匀性误差要小于10％。
所述辐照剂量率或注量率要求是单位时间内辐照到所述绝缘材料120的辐照剂量或注量应满足的要求。在一个实施例中，所述辐射源110的辐照剂量率在107粒子/cm2·s～1010粒子/cm2·s范围。
所述辐照能量要求是辐照过程中所述辐射源110选用的辐照能量值应满足的要求。所述辐照能量要求与所述绝缘材料120的特征性能参数有关。辐照前可利用软件计算不同能量的所述辐射源110在所述绝缘材料120中的射程，据此选择合适的辐照能量及所述辐射源110。对于关注表面性能的所述绝缘材料120，选择合适的辐照能量，使所述辐射源110对所述绝缘材料120的影响主要集中在表面。对于关注整体性能的所述绝缘材料120，选择合适的辐照能量，使所述辐射源110对所述绝缘材料120的影响分布在所述绝缘材料120整体范围内。在一个实施例中，所述辐射源110为高能电子辐射源，选用辐照能量值为1MeV。
所述辐照剂量要求是在所述辐照过程中，对所述辐射源110的辐照剂量的要求。根据地面辐照有限的条件，确定合适的辐照剂量。从中选取多个辐照剂量点，对不同组的所述多个片状绝缘材料进行辐照。例如，在一个实施例中，所述辐射源110为高能质子辐射源，选用2×105rad、5×105rad、1×106rad、1.4×106rad不同的辐照剂量点分别对不同组的所述多个片状绝缘材料进行辐照。
在所述步骤S230中，记录所述绝缘材料120的辐照剂量值及其他各种辐照条件参数值。如所述辐照过程中的温度、湿度、压强及所述辐射源110与所述绝缘材料120的间距。
在所述步骤S300中，可以将辐照后的所述绝缘材料120置于测试台340，然后用测试仪器330对所述绝缘材料120的特征性能参数进行测定。通过获得的特征性能参数结合步骤S230中记录的所述每组片状绝缘材料的辐照剂量值，来获得所述绝缘材料120的特征性能与电离吸收剂量的关系的特征曲线。所述测试仪器330包括测试所述绝缘材料120各种特征性能参数的设备。所述特征性能参数包括电学性能、力学性能或热学性能参数。
在一个实施例中，所述步骤S300包括：
S310，通过移位测试获取每组所述片状绝缘材料的特征性能参数；
S320，根据所述特征性能参数，以及该特征性能参数对应的辐照剂量值获得所述特征曲线。
在所述步骤S310中，通过移位测试对受辐照后的每组所述片状绝缘材料进行特征性能测试。移位测试就是将所述片状绝缘材料从所述样品台130移出再进行测试。可以将所述片状绝缘材料从所述样品台130移至所述测试台340。然后用所述测试仪器330对所述片状绝缘材料的特征性能参数进行测定。所述特征性能主要包括电学性能、力学性能或热学性能。为避免所述绝缘材料120性能恢复，最优在辐照马上进行测试。如果辐照地点和测试地点不在同一地点，至少要在进行后7天内完成测试。通过测试获取每组所述片状绝缘材料的特征性能参数。
在所述步骤S320中，在所述特征性能测试后应在分析所述特征性能参数的基础上，获得特征性能参数(如介电常数、拉伸强度、起始降解温度或断裂延伸率)与电离吸收剂量的关系曲线。在上述特征性能参数与电离吸收剂量的关系曲线的基础上，进一步通过数据拟合获得所述片状绝缘材料的特征性能与电离吸收剂量的关系的特征曲线。
在所述步骤S400中，可以采用计算机模拟设备410对所述绝缘材料120进行模拟计算。模拟计算时，可以采用AP9、AE9、SOLPRO或CRèME等模型对空间环境进行模拟。获得所述绝缘材料120在预计寿命内的累积电离吸收剂量。具体地，通过对不同应用环境下所述绝缘材料120的空间环境进行模拟计算。可以得出所述绝缘材料120在不同应用环境下在预计寿命内的不同累积电离吸收剂量。不同应用环境即将所述绝缘材料120应用在不同的航天器，或应用在同一航天器的不同位置。可以理解，不同应用环境还包括航天器处于不同的空间位置。
在所述步骤S500中，先找到所述累积电离吸收剂量在所述特征曲线的特征点。再根据所述特征点找到对应的特征性能参数值。通过查找到的所述特征性能参数值预测所述绝缘材料在轨性能退化状况。具体地，在一个实施例中，所述步骤S500包括：
S510，根据所述不同累积电离吸收剂量在所述特征曲线内查找所述绝缘材料120对应的特征性能参数值；
S520，若所述绝缘材料120的特征性能参数值仍然满足空间应用需求，则预测所述绝缘材料在轨性能退化状况；
S530，若所述绝缘材料120的特征性能参数值已经不能满足空间应用需求，则禁止在上述应用环境下使用所述绝缘材料。
空间应用需求即将所述绝缘材料120应用于空间环境时，所述绝缘材料120的特征性能参数要满足一定条件。如要满足所述绝缘材料120在空间使用时的电学性能需求、力学性能需求、热学性能需求。
通过上述绝缘材料在轨性能退化的预测方法，还可以进一步获得所述绝缘材料在轨性能退化报告。
所述绝缘材料在轨性能退化报告至少可以包括以下内容：
(1)所述绝缘材料120的相关信息。包括：绝缘材料的分子量、密度、厚度、承制方、控制标准、牌号、日期代码和承制方给定的其他识别号；
(2)辐照过程的相关信息。包括辐照过程中各种辐照条件参数值和辐照过程应满足的各种要求。如：辐照剂量值、温度、湿度、压强及所述辐射源110与所述绝缘材料120的间距。束流控制要求、辐照场均匀性要求、辐照剂量率或注量率要求、辐照能量要求及辐照剂量要求。
(3)预测所述绝缘材料在轨性能退化状况。预测在所述预计寿命内，所述绝缘材料120在轨性能退化状况。若所述绝缘材料120的特征性能参数值仍然满足空间应用需求，则得出所述绝缘材料在轨性能退化率。若所述绝缘材料120的特征性能参数值已经不能满足空间应用需求，则所述绝缘材料120不适合应用于所述预计寿命内的工程。
具体实施例1：
在具体实施例1中，选用绝缘材料聚乙烯PE，对所述绝缘材料聚乙烯PE进行在轨性能退化的测试。
(1)选用同一牌号同一批次，厚度均匀一致的片状绝缘材料聚乙烯PE。所述片状绝缘材料聚乙烯PE未受到过空间辐射及类似的地面辐照。将所述片状绝缘材料聚乙烯PE分为5组，每组8片所述片状绝缘材料聚乙烯PE。从每组所述片状绝缘材料聚乙烯PE中选取1片作为对比样品。所述对比样品不进行辐照。对每组剩余的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE进行辐照。
(2)选用可穿透所述片状绝缘材料聚乙烯PE的辐照能量为1MeV的电子辐射源。在大气环境中，将所述片状绝缘材料聚乙烯PE置于样品台130。在常温常压下，采用辐照能量为1MeV的电子辐射源进行辐照。所述电子辐射源可同时辐照7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE。在辐照过程中，所述片状绝缘材料聚乙烯PE与所述电子辐射源间距1m。将所述5组片状绝缘材料聚乙烯PE分别采用5个不同辐照剂量进行辐照。辐照注量率为5×1011cm-2s-1。由于辐照时间与辐照剂量和剂量率或注量率有关，所以所述5组片状绝缘材料聚乙烯PE的选取不相等的辐照时间。所述电子辐射源的辐照场均匀性误差小于10％的要求。可以采用所述束流控制系统140控制所述辐照过程中的辐照束流，辐照束流的测量误差小于10％，满足束流控制的要求。
(3)辐照后的所述片状绝缘材料聚乙烯PE进行移位测试。将辐照后的所述片状绝缘材料聚乙烯PE置于测试台340，然后用测试仪器330对所述片状绝缘材料聚乙烯PE的特征性能参数进行测定。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中选取2片测试电学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中选取另外2片测试力学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中再选取另外2片测试热学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中，最后剩余的1片作为测试备用样品。当测试过程出现不可解决的问题时，所述备用样品能够弥补测试数据的空缺。
具体实施例2：
在具体实施例2中，选用绝缘材料聚乙烯PE，对所述绝缘材料聚乙烯PE进行在轨性能退化的测试。
(1)选用同一牌号同一批次，厚度均匀一致的片状绝缘材料聚乙烯PE。所述片状绝缘材料聚乙烯PE未受到过空间辐射及类似的地面辐照。将所述片状绝缘材料聚乙烯PE分为4组，每组选择8片所述片状绝缘材料聚乙烯PE。从每组所述片状绝缘材料聚乙烯PE中选取1片作为对比样品。所述对比样品不进行辐照。对每组剩余的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE进行辐照。
(2)选用可穿透所述片状绝缘材料聚乙烯PE的辐照能量为10MeV的质子辐射源。在常温下，真空环境中，将所述片状绝缘材料聚乙烯PE置于样品台130。所述片状绝缘材料聚乙烯PE与所述质子辐射源间距约10cm。辐照注量率为5×108cm-2s-1。所述质子辐射源的辐照场均匀性误差小于10％的要求。可以采用所述束流控制系统140控制所述辐照过程中的辐照束流，辐照束流的测量误差小于10％，满足束流控制的要求。由于所述质子辐射源不可同时辐照7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE。整个辐照过程中，需要固定辐照条件不变，对每组的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE进行7次相同辐照剂量的辐照。将所述4组片状绝缘材料聚乙烯PE分别采用4个不同辐照剂量进行辐照。
(3)辐照后的所述片状绝缘材料聚乙烯PE进行移位测试。将辐照后的所述片状绝缘材料聚乙烯PE置于测试台340，然后用测试仪器330对所述片状绝缘材料聚乙烯PE的特征性能参数进行测定。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中选取2片测试电学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中选取另外2片测试力学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中再选取另外2片测试热学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚乙烯PE中，最后剩余的1片作为测试备用样品。当测试过程出现不可解决的问题时，所述备用样品能够弥补测试数据的空缺。
根据具体实施例1和具体实施例2对所述片状绝缘材料聚乙烯PE的测试结果，绘制了绝缘材料的特征性能测试与电离吸收剂量的关系曲线。图3给出了绝缘材料聚乙烯PE的介电常数与电离吸收剂量的关系曲线。图4给出了绝缘材料聚乙烯PE的拉伸强度与电离吸收剂量的关系曲线。图5给出了绝缘材料聚乙烯PE的起始降解温度与电离吸收剂量的关系曲线。图中各点分别表示采用不同的辐射源，不同的辐照剂量进行辐照后，所述绝缘材料聚乙烯PE的特征性能参数值。可以看出，采用不同辐射源辐照时，所述片状绝缘材料聚乙烯PE的特征性能变化随电离吸收剂量的变化趋势一致。这说明所述片状绝缘材料聚乙烯PE由不同辐射源导致的性能退化只取决于电离吸收剂量，与辐射源无关。
可以理解，根据不同的辐射源可以设定不同的环境。只要辐照条件满足所述束流控制要求、辐照场均匀性要求、辐照剂量率或注量率要求、辐照能量要求及辐照剂量要求即可。
根据具体实施例1和具体实施例2所述片状绝缘材料聚乙烯PE介电常数与电离吸收剂量的关系曲线进行数据拟合，获得如图6所示的特征曲线。可以理解，同样可以获得所述绝缘材料聚乙烯PE拉伸强度与电离吸收剂量的特征曲线。同样可以获得所述绝缘材料聚乙烯PE起始降解温度与电离吸收剂量的特征曲线。这里不再一一列出。
采用计算机模拟设备410对所述绝缘材料聚乙烯PE在预计寿命内进行空间环境模拟计算，以获得所述绝缘材料聚乙烯PE的累积电离吸收剂量。
基于获得的所述绝缘材料聚乙烯PE的特征曲线和模拟空间环境计算获得的累积电离吸收剂量，预测所述绝缘材料聚乙烯PE的电学性能在轨性能退化状况。同样的，基于获得的力学和热学性能与电离吸收剂量拟合后的特征曲线，预测所述样品PE的力学和热学性能在轨性能退化状况。
具体实施例3：
在具体实施例3中，选用绝缘材料聚四氟乙烯PTFE，对所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE进行在轨性能退化的测试。
(1)选用同一牌号同一批次厚度均匀一致的片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE。所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE未受到过空间辐射及类似的地面辐射。将所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE分为3组，每组8片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE。从每组所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE中选取1片作为对比样品。所述对比样品不进行辐照。对每组剩余的7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE进行辐照。
(2)选用可穿透所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的辐射能量为1MeV的电子辐射源。在大气环境中，将所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE置于样品台130。在常温常压下，采用辐照能量为1MeV的电子辐射源进行辐照。所述电子辐射源可同时辐照7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE。在辐照过程中，所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE与所述电子辐射源间距1m。将所述3组片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE分别采用3个不同辐照剂量进行辐照。辐照注量率为5×1011cm-2s-1。由于辐照时间与辐照剂量和剂量率或注量率有关，所以所述3组片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的选取不相等的辐照时间。所述电子辐射源的辐照场均匀性误差小于10％的要求。可以采用所述束流控制系统140控制所述辐照过程中的辐照束流，辐照束流的测量误差小于10％，满足束流控制的要求。
(3)辐照后的所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE进行移位测试。将辐照后的所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE置于测试台340，然后用测试仪器330对所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的特征性能参数进行测定。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE中选取6片测试力学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE中，最后剩余的1片作为测试备用样品。当测试过程出现不可解决的问题时，所述备用样品能够弥补测试数据的空缺。
具体实施例4：
在具体实施例4中，选用绝缘材料聚四氟乙烯PTFE，对所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE进行在轨性能退化的测试。
(1)选用同一牌号同一批次，厚度均匀一致的片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE。所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE未受到过空间辐射及类似的地面辐照。将所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE分为4组，每组选择8片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE。从每组所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE中选取1片作为对比样品。所述对比样品不进行辐照。对每组剩余的7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE进行辐照。
(2)选用可穿透所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的辐照能量为10MeV的质子辐射源。在常温下，真空环境中，将所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE置于样品台130。所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE与所述质子辐射源间距约10cm。辐照注量率为5×108cm-2s-1。所述质子辐射源的辐照场均匀性误差小于10％的要求。可以采用所述束流控制系统140控制所述辐照过程中的辐照束流，辐照束流的测量误差小于10％，满足束流控制的要求。由于所述质子辐射源不可同时辐照7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE。整个辐照过程中，需要固定辐照条件不变，对每组的7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE进行7次辐照。将所述4组片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE分别采用4个不同辐照剂量进行辐照。
(3)辐照后的所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE进行移位测试。将辐照后的所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE置于测试台340，然后用测试仪器330对所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的特征性能参数进行测定。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE中选取6片测试力学性能。在进行辐照的7片所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE中，最后剩余的1片作为测试备用样品。当测试过程出现不可解决的问题时，所述备用样品能够弥补测试数据的空缺。
根据具体实施例3和具体实施例4对所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的测试结果，绘制了绝缘材料的特征性能测试与电离吸收剂量的关系曲线。图7给出了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8给出了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。图中各点分别表示采用不同的辐射源，不同的辐照剂量进行辐照后，所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的特征性能参数值。可以看出，采用不同辐射源辐照时，所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的特征性能变化随电离吸收剂量的变化趋势一致。这说明所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE由不同辐射源导致的性能退化只取决于电离吸收剂量，与辐射源无关。
可以理解，根据不同的辐射源可以设定不同的环境。只要辐照条件满足所述束流控制要求、辐照场均匀性要求、辐照剂量率或注量率要求、辐照能量要求及辐照剂量要求即可。
可以理解，对于具体实施例3和具体实施例4获得的所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE拉伸强度与电离吸收剂量的关系曲线同样可以进行数据拟合，获得特征曲线。同样可以获得所述片状绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的断裂延伸率与电离吸收剂量的特征曲线。这里不再一一列出。
采用计算机模拟设备410对所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE在预计寿命内进行空间环境模拟计算，以获得所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的累积电离吸收剂量。
基于获得的所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的特征曲线和模拟空间环境计算获得的累积电离吸收剂量，预测所述绝缘材料聚四氟乙烯PTFE的各种特征性能在轨性能退化状况。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种绝缘材料在轨性能退化的预测方法，包括如下步骤：
S100，提供辐射源(110)及绝缘材料(120)；
S200，用所述辐射源(110)对所述绝缘材料(120)进行辐照；
S300，对所述绝缘材料(120)进行特征性能测试，以获得所述绝缘材料(120)的特征性能与电离吸收剂量的关系的特征曲线；
S400，对所述绝缘材料(120)进行空间环境模拟计算，以获得所述绝缘材料(120)在预计寿命内的累积电离吸收剂量；以及
S500，根据所述累积电离吸收剂量在所述特征曲线内查找所述绝缘材料(120)对应的特征性能参数值，预测所述绝缘材料(120)在轨性能退化状况。
2.如权利要求1所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S100中，所述绝缘材料(120)为厚度均匀一致的多个片状绝缘材料。
3.如权利要求2所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S200包括：
S210，将所述绝缘材料(120)分成多组所述片状绝缘材料，每组所述片状绝缘材料包括多个所述片状绝缘材料；
S220，采用不同的辐照剂量分别辐照所述多组片状绝缘材料；
S230，记录所述每组片状绝缘材料的辐照剂量值。
4.如权利要求3所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S220中，采用束流测量系统(140)控制所述辐照过程中的辐照束流，所述束流测量系统(140)的测量误差小于10％。
5.如权利要求3所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S220中，所述绝缘材料(120)受辐照面积范围内的注量均匀性误差小于10％。
6.如权利要求3所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S220中，所述辐射源(110)为Co辐射源，所述辐射源(110)的辐照剂量率在10rad(Si)/s～100rad(Si)/s范围内。
7.如权利要求3所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S220中，所述辐射源(110)为电子辐射源或质子辐射源，所述辐射源(110)的辐照注量率在107粒子/cm2·s～1010粒子/cm2·s范围内。
8.如权利要求3所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S300包括：
S310，通过移位测试获取每组所述片状绝缘材料的特征性能参数；
S320，根据所述特征性能参数，以及该特征性能参数对应的辐照剂量值获得所述特征曲线。
9.如权利要求1所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S400包括：对不同应用环境下所述绝缘材料(120)进行空间环境模拟计算，得出所述绝缘材料(120)在不同应用环境下在预计寿命内的不同累积电离吸收剂量。
10.如权利要求9所述的绝缘材料在轨性能退化的预测方法，其特征在于，所述步骤S500包括：
S510，根据所述不同累积电离吸收剂量在所述特征曲线内查找所述绝缘材料(120)对应的特征性能参数值；
S520，若所述绝缘材料(120)的特征性能参数值仍然满足空间应用需求，则预测所述绝缘材料在轨性能退化状况；
S530，若所述绝缘材料(120)的特征性能参数值已经不能满足所述空间应用需求，则禁止在所述应用环境下使用所述绝缘材料。
CN201611031477.1A 2016-11-18 2016-11-18 绝缘材料在轨性能退化的预测方法 Pending CN106645216A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611031477.1A CN106645216A (zh) 2016-11-18 2016-11-18 绝缘材料在轨性能退化的预测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611031477.1A CN106645216A (zh) 2016-11-18 2016-11-18 绝缘材料在轨性能退化的预测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106645216A true CN106645216A (zh) 2017-05-10

Family

ID=58808726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611031477.1A Pending CN106645216A (zh) 2016-11-18 2016-11-18 绝缘材料在轨性能退化的预测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106645216A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108334706A (zh) * 2018-02-09 2018-07-27 哈尔滨工业大学 双极器件位移损伤引起的性能退化的等效评价方法
CN108345748A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 哈尔滨工业大学 一种发光二极管的在轨性能退化预测方法
CN108345746A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 哈尔滨工业大学 Mos工艺器件电离损伤引起的性能退化的等效评价方法
CN108345747A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 哈尔滨工业大学 一种研究电离缺陷和位移缺陷间接交互作用的试验方法
CN108363864A (zh) * 2018-02-09 2018-08-03 哈尔滨工业大学 一种研究电离缺陷和位移缺陷直接交互作用的试验方法
CN115932445A (zh) * 2022-12-14 2023-04-07 北京卫星环境工程研究所 一种模拟空间辐射的器件试验方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4492866A (en) * 1983-05-02 1985-01-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for predicting the performance of cathode materials
CN107182277B (zh) * 2008-12-09 2012-11-14 兰州空间技术物理研究所 ZnO有机白漆电子辐照退化预示模型的建立方法
CN104459372A (zh) * 2014-11-10 2015-03-25 中国科学院新疆理化技术研究所 基于p-i-n结构的位移损伤剂量探测方法
CN105045993A (zh) * 2015-07-13 2015-11-11 上海卫星工程研究所 星用太阳电池在轨性能退化预测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4492866A (en) * 1983-05-02 1985-01-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for predicting the performance of cathode materials
CN107182277B (zh) * 2008-12-09 2012-11-14 兰州空间技术物理研究所 ZnO有机白漆电子辐照退化预示模型的建立方法
CN104459372A (zh) * 2014-11-10 2015-03-25 中国科学院新疆理化技术研究所 基于p-i-n结构的位移损伤剂量探测方法
CN105045993A (zh) * 2015-07-13 2015-11-11 上海卫星工程研究所 星用太阳电池在轨性能退化预测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴宜勇 等: ""等效位移损伤剂量法预测GaInP2/GaAs/Ge三结电池在轨性能退化规律"", 《航天器环境工程》 *
李兴冀 等: ""不同粒子辐射条件下CC4013器件辐射损伤研究"", 《物理学报》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108334706A (zh) * 2018-02-09 2018-07-27 哈尔滨工业大学 双极器件位移损伤引起的性能退化的等效评价方法
CN108345748A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 哈尔滨工业大学 一种发光二极管的在轨性能退化预测方法
CN108345746A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 哈尔滨工业大学 Mos工艺器件电离损伤引起的性能退化的等效评价方法
CN108345747A (zh) * 2018-02-09 2018-07-31 哈尔滨工业大学 一种研究电离缺陷和位移缺陷间接交互作用的试验方法
CN108363864A (zh) * 2018-02-09 2018-08-03 哈尔滨工业大学 一种研究电离缺陷和位移缺陷直接交互作用的试验方法
CN108345747B (zh) * 2018-02-09 2021-04-09 哈尔滨工业大学 一种研究电离缺陷和位移缺陷间接交互作用的试验方法
CN108345746B (zh) * 2018-02-09 2021-05-04 哈尔滨工业大学 Mos工艺器件电离损伤引起的性能退化的等效评价方法
CN108363864B (zh) * 2018-02-09 2021-05-04 哈尔滨工业大学 一种研究电离缺陷和位移缺陷直接交互作用的试验方法
CN108334706B (zh) * 2018-02-09 2021-10-01 哈尔滨工业大学 双极器件位移损伤引起的性能退化的等效评价方法
CN115932445A (zh) * 2022-12-14 2023-04-07 北京卫星环境工程研究所 一种模拟空间辐射的器件试验方法
CN115932445B (zh) * 2022-12-14 2024-02-13 北京卫星环境工程研究所 一种模拟空间辐射的器件试验方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106645216A (zh) 绝缘材料在轨性能退化的预测方法
Buschmann et al. Early-universe simulations of the cosmological axion
Chachereau et al. Electrical insulation properties of the perfluoroketone C5F10O
Suzuki et al. Nonablative lightweight thermal protection system for Mars Aeroflyby Sample collection mission
CN102981081B (zh) 航天器用元器件热真空环境适应性的评价方法
CN108008289B (zh) 一种器件质子单粒子效应截面的获取方法
Minamitani et al. Simulating lattice thermal conductivity in semiconducting materials using high-dimensional neural network potential
CN109142991A (zh) 一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法
Röpke et al. Virial expansion of the electrical conductivity of hydrogen plasmas
Brisset et al. Experimental study of the effect of water vapor on dynamics of a high electric field non-equilibrium diffuse discharge in air
Kleint Surface diffusion model of adsorption-induced field emission flicker noise: II. Experiments
CN104850746A (zh) 一种基于四阶龙格-库塔和模拟退火的等值盐密预测方法
Chang et al. Probabilistic degradation models for cable insulation in nuclear power plants
Pachin et al. Design criteria for experiments to measure the breakdown voltage of insulating gases in uniform electric fields
Iddrissu et al. Negative DC Breakdown Characteristics of C 3 F 7 CN/CO 2 Gas Mixture for Application in High Voltage Accelerators
Kirby et al. Transverse emittance and current of multi-GeV trapped electrons<? format?> in a plasma wakefield accelerator
CN108333212B (zh) 基于自由基含量预测辐致聚合物基复合材料热膨胀系数的方法
Wolf et al. A beam-driven proton irradiation setup for precision radiation damage tests of silicon detectors
Burigana et al. What can we learn on the thermal history of the universe from future cosmic microwave background spectrum measurements at long wavelengths
CN114757121A (zh) 基于粒子能级布居数的高温气体测量与计算融合方法
Kawaguchi et al. Measurement of the third-order transport coefficient in N2 and its effect on the longitudinal diffusion coefficient measured from the arrival-time spectra of an electron swarm
Mundari et al. Effect of atomic oxygen exposure on surface resistivity change of spacecraft insulator material
Wang et al. Breakdown characteristics of nitrogen at different pressures in alternating non-uniform electric fields
Li et al. Analysis of positive DC corona inception voltage of stranded conductor at different altitudes
Davies The electrical properties of a spherical plasma probe near the plasma frequency

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170510

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication