По мере увеличения количества компонентов и общего энергопотребления на борту космических аппаратов существующие технологии терморегулирования необходимо совершенствовать или дополнять более эффективными решениями для передачи тепла. Алмазные теплораспределители предлагают новый способ решения этой задачи. Они могут заменить изделия для терморегулирования на основе меди и алюминия и удовлетворить потребности в отводе тепла от высокоинтегрированных компонентов полезной нагрузки, работающих при высоких плотностях теплового потока.
Алюминий и медь — традиционные материалы с высокой теплопроводностью. Благодаря отработанным методам обработки, низкой стоимости и хорошей технологичности они широко применяются в аэрокосмической отрасли и гражданской промышленности. С развитием технологий обработки материалов быстро совершенствуются материалы со сверхвысокой теплопроводностью — например, углеродные волокнистые материалы и алмазные теплораспределители, — которые уже начинают находить практическое применение. Для них характерны низкий коэффициент теплового расширения (КТР), исключительно высокая теплопроводность и низкая плотность, что делает их предпочтительной альтернативой алюминию и меди.
Алмазные теплораспределители из CVD-алмаза
Компания Henan Tianyou Superhard Materials Co., Ltd. в настоящее время производит алмазные пластины диаметром 2–4 дюйма, с теплопроводностью 1 000–2 000 Вт/(м·К) и толщиной 0,2–1 мм. Компания также предлагает металлизацию, нанесение рисунка и сверление. Эти теплораспределители предназначены для терморегулирования космических аппаратов и обеспечивают эффективный отвод тепла.
Алмазные композиты
Композиты на основе алмазного порошка и металлов — ещё одно перспективное направление в разработке материалов со сверхвысокой теплопроводностью. Это одно из ключевых направлений исследований компании Henan Tianyou Superhard Materials Co., Ltd., добившейся в этой области значительного прогресса. Плотность и теплопроводность таких материалов можно регулировать; они подходят для механической обработки и сварки.
Алмазно-серебряный композит: теплопроводность — 400–600 Вт/(м·К); плотность — 5,8 × 10³ кг/м³.
Алмазно-медный композит: теплопроводность — 600–1 200 Вт/(м·К); плотность — 5,9 × 10³ кг/м³.
Алмазно-алюминиевый композит: теплопроводность — 550–600 Вт/(м·К); плотность — 3,1 × 10³ кг/м³.
Развития науки и технологий в области алмазных материалов космические аппараты будущего смогут использовать более совершенные и эффективные решения для отвода тепла. Это поможет продлить срок службы оборудования, снизить частоту отказов и создать электронные системы с более высокими характеристиками. Развитие этих технологий может также существенно повлиять на наземные области применения, особенно на мощное электронное оборудование и отрасли с повышенными требованиями к терморегулированию. Благодаря постоянным инновациям и оптимизации ожидается, что алмаз и композиты на его основе будут играть всё более важную роль в технологиях терморегулирования космических аппаратов и способствовать технологическому прогрессу во всей отрасли.
Компания Henan Tianyou Superhard Materials Co., Ltd. производит крупноформатные высококачественные алмазные материалы методом MPCVD. К освоенной продукции компании относятся алмазные теплораспределители, алмазные пластины, алмазные окна и композитные подложки для гетерогенной интеграции на основе алмаза. Заявленная теплопроводность алмазных теплораспределителей составляет 1 000–220 Вт/(м·К). Шероховатость поверхности алмазных пластин для изготовления полупроводников составляет Ra < 1 нм. В настоящее время эта продукция применяется в аэрокосмической отрасли, мощных полупроводниковых лазерах, оптической связи, охлаждении микросхем, термоядерном синтезе и других областях.
