高导热碳纤维复合材料在航天器中的应用现状及展望（下）

Brander等研究人员在欧洲航天“先进仪器设计（AED）项目”的支持下，开展了碳纤维复合材料电子设备外壳的研究，并验证了碳纤维复合材料外壳可以满足结构承载、散热、辐射防护和电磁兼容性要求。Raluca在AED项目的基础上，采用K1100碳纤维/RS3C树脂复合材料、M40J碳纤维/RS3C树脂复合材料混杂层合板研制了Proba-3卫星数据和电源综合管理单元的复合材料外壳。相比铝制外壳，在机热性能相当情况下，复合材料外壳结构质量减轻了25%。Martins采用K13D2U高导热碳纤维环氧复合材料外壳替代电子单机的铝制外壳，实现结构减重23%。美国约翰霍普金斯大学采用K13C2U高导热碳纤维制备了电磁屏蔽箱，实现了电磁屏蔽、电子器件的及时散热和结构轻量化。John等采用K1100/RS-3C预浸料和M40J/RS-3C混杂铺层设计开发了SAR天线电子箱，有效避免了电子箱体与星体主结构材料不同引起的热弹性稳定性和设备温度波动大的问题，满足了SAR电子箱轻量化、高热尺寸稳定性、高热传导与热扩散、可集成印刷电路板等需求。

（ａ）电子设备集成到结构板、（ｂ）组装好的多功能结构

图9展示了日本宇宙航空研究开发机构开发的碳纤维复合材料光纤陀螺仪，光纤环绕线筒采用了K13D2U型高导热碳纤维复合材料与T300碳纤维复合材料结合的方案，通过对光纤环绕线筒内侧包裹纤维方向为圆周方向的K13D2U碳纤维复合材料，利用其高模量和低热膨胀的特性来抑制热应变，从而提高光纤陀螺仪的稳定性。

结语

高导热碳纤维复合材料凭借其高导热性、高模量、低热膨胀系数等卓越的综合性能，在航天器的热管理结构、热防护结构、高尺寸稳定性结构、多功能结构以及电子设备外壳等领域得到了重要应用，并显著推动了航天器轻量化和高效能化的发展。国外在高导热碳纤维材料体系及其应用技术方面已经较为成熟。相比之下，国内高导热碳纤维材料产品性能与国际先进水平仍存在一定差距，其产业化及工程化应用尚处于起步阶段。因此，需进一步提升国产高导热碳纤维产品的性能和产业化能力，实现工程化应用技术的突破。随着材料技术和航天技术的持续发展，预计高导热碳纤维复合材料在航天器中的应用将越来越广泛。

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