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李成明教授团队研制的金刚石扩热板成功应用于北斗系列卫星

单位(作者):新材院 | 来源:本站原创 | 更新时间:2018-12-29 | 点击数:

近日,中国卫星导航系统管理办公室在国务院新闻办公室新闻发布会上宣布,北斗三号基本系统建成,提供全球服务,这标志着北斗系统正式从区域走向全球。巴基斯坦的交通运输、港口管理,印尼的土地规划、海岸线测绘,中俄的农业自动化……从光耀亚太,到拥抱全球,北斗与世界分享中国“奇迹”。

自去年11月我国发射北斗三号首发双星开始, 一年19星,北斗三号系统用惊人的速度再次刷新了星座部署的记录。在这一系列的卫星发射中,我校新材料技术研究院李成明教授科研团队做出了特殊贡献,使中国航天器散热又获得一个新突破。

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图1  一箭双星发射现场(图片源自网络)

鉴于电子器件发展迅速,新一代导航卫星、载人飞船的高能电源组件热流密度极高,几乎可达到甚至超过500W/cm2,同时由于空间环境影响,热控元件要求小而轻,这使得传统的换热方式难以平衡体积小、散热快两项关键要求。随之极可能出现电子器件集成系统因散热不足导致器件失效,直至毁灭性破坏的结果。为解决航天领域超高热流密度元件的散热问题,我校李成明教授团队研制的金刚石膜扩热片作为北斗导航卫星相控阵组件的核心热管理元件进入太空,目前在轨运行稳定,表现良好。在北斗三号系统中前后共有3颗导航卫星装载此热控元件上天。

时间紧、任务重、风险高,为了完成这项超高热流密度器件散热任务,李成明教授团队承受着极大压力,付出了艰辛的努力。于2016年2月通过了金刚石膜作为组网星高导热器件的评审,历时一年半,交付了几百件合格样品。为了确保产品质量,团队在生产工艺、产品加工、表面修饰等过程中不断调整进步,最终在团队的齐心协作以及绝不动摇的信心和决心下,成功的完成了这项任务,为中国航天领域提供了一种解决极高热流密度热排散的最佳方案!

此项研究成果与传统热沉材料相比优势显著:利用金刚石的极高热导率,快速降低组件温度;明显缩小TR模块间的温度梯度,实现等温化;长期工作耐受温度高,提高热控元件的使用寿命;明显降低热控元件的重量,在高导热的同时具备重量优势。

    李成明教授团队在国内外金刚石领域有着重要影响,多年来一直瞄准金刚石领域发展前沿,实现了和国家重大需求紧密结合,是一支硕果累累的科研团队。

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    图2 2016年6月26日长征七号火箭发射(图片源自网络)

    在国防装备领域中,该团队所研制的金刚石微槽道散热器目前已成功应用在2016年6月26日搭载长征七号运载火箭飞行的多用途飞船缩比返回舱。将金刚石的极高导热率和微槽道增大换热面积的优点结合,在轨飞行实验表明,金刚石微槽道可承受的最高热流密度高达500W/cm2,能够满足极高热流密度航天器散热要求。此研制成果不仅在热管理领域取得极大突破,在金刚石领域也是一鸣惊人,成型金刚石微槽道散热器的金刚石膜厚度要求3mm以上,这在国内乃至世界范围的金刚石厚膜生长都是一项重大成就,明显带动超硬材料微纳加工、金刚石半导体工艺等领域技术发展,并强力冲击钛合金、铝镁合金高精度加工领域中金刚石复合材料的应用!

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    图3 金刚石微槽道散热器应用回路

    为推动金刚石在国防科技、电子器件等领域的广泛应用,李成明教授科研团队仍将秉承着“开放、合作、竞争、进步”的方针,不断推进技术突破和原始创新,在中国智造这条大道上继续前进!

    (责编:郝慧鹏、邢华超)