金刚石热沉在航空领域极端环境下的运用

随着世界主要国家航天工程从近地轨道向深空环境推进，航天器要实现在极端环境下可靠工作面临许多新问题。从太空辐照环境恶化到可持续能源问题掣肘，从高集成、高热流器件散热困难到航天器健康监测传感器向高灵敏方向发展，都亟需发展新一代航天器技术。金刚石独特的晶体结构使其具有“硬、高、透、宽、快”五大特性，决定了其在极端环境下依然可以表现出耐高温、耐高压、抗辐照等性能。

针对航天器主要元件高密度集成导致热流密度大及空间冷黑环境/太阳辐照交替导致冷热环境温差大等热控问题，金刚石凭借超高的热导率在卫星天线TR 组件散热上已经应用验证。

星载有源相控阵天线具有性能优异、器件集成度高等特点，但在狭小的空间内密集布置了大量的发射/接收(T/R)组件将会导致局部高热流密度，因此很难实现有效散热。T/R 组件作为有源相控阵天线的重要组成部分，是促进相控阵波束电子扫描的关键部件，一般采用低温共烧陶瓷内部结构，高度集成了多种高性能、高增益芯片。卫星相控阵天线中微米级芯片内的热流密度可达50W/cm²，远超一般热管传热极限，但芯片底部陶瓷材料的热导率仅约为2W/(m·K)，明显无法满足散热要求。同时，紧凑的排布结构使得传统的热控方式难以适应特殊天线结构要求，而90%的天线热量集中在相对较小的天线正面区域为热控增加了难度。综上分析，卫星有源相控阵天线的散热问题已成为阻碍其工程应用的短板和瓶颈。

金刚石具有热导率高、对空间环境适应性强等优点，在散热问题的解决上潜力巨大。研究人员将多晶金刚石作为热沉材料，在天线T/R组件铝合金框架中嵌入了48片高导热金刚石片，可将天线T/R组件遥测温度范围控制在6.2~17.2 ℃，T/R 组件的最大温度梯度为2.2℃；当天线在全传输模式下工作20 min后，天线T/R组件仅升温2.3℃。

在航天极端环境应用，金刚石材料具有绝对的优势，目前已经在深空探测——探测器、便携电源——同位素电池、航天器热控——热传导及近场热辐射器件、航天器健康监测——量子传感器、光学窗口——星敏感器窗口等五个方面均有应用。

凯发k8国际专注于高品质金刚石材料研发、生产和销售，现有核心产品晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等。其中，晶圆级金刚石生长面表面粗糙度Ra＜1nm；金刚石热沉片热导率高达1000-2200W/m.k，技术指标皆达世界领先水平。金刚石热沉在大功率激光器、航空航天、新能源汽车、GPU等诸多领域均有应用。