Керамические теплопроводящие изоляционные подложки
05.08.2019
Теплопроводящие керамические подложки – лучшее на сегодняшний день решение для электроизоляции и отвода тепла от электронных компонентов, которое подходит как для любительских, так и для промышленных применений.
Данные подложки на основе оксида алюминия (Al2O3) многократно превосходят эластичные листовые материалы типа КПТД и слюду по теплопроводности и электрической прочности, обеспечивая отличные условия эксплуатации приборов независимо от их мощности.
Для более требовательных и ответственных применений производятся подложки из нитрида алюминия (AlN), которые имеют выдающуюся теплопроводность, сопоставимую с этим показателем у дорогостоящего и токсичного оксида бериллия (BeO).
Для достижения максимального результата подложки могут быть изготовлены в металлизированном исполнении под пайку. Покрытие из толстой медной фольги быстро распределяет тепло по всей поверхности подложки, еще более усиливая эффект отсутствия зазоров и лишних слоев в паяном соединении.
Таким образом обеспечивается абсолютно беспрепятственный отвод тепла и повышается механическая стабильность.
Преимущества
- лучшая чистота обработки поверхности (10-й класс) и плоскостность, чем у аналогичных штампованных керамических подложек;
- широкий диапазон выбора толщин: от 0.25мм для максимального отвода тепла (сломать можно, раздавить нельзя – выдерживают любой разумный прижим) до 2мм для уменьшения паразитной емкости (например, в импульсных устройствах) при достаточно высоком уровне теплопередачи;
- электрическая прочность не менее 16 кВ/мм для AlN и до 25 кВ/мм для Al2O3, что почти в два раза превышает этот показатель у ряда других керамических прокладок, представленных на рынке.
Физические характеристики
| Характеристика/Материал | Al2O3 | AlN |
|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/(м·К) | 25 | 180 |
| Напряжение пробоя, кВ/мм | 25 | 17 |
| Прочность на изгиб, МПа | 350 | |
| Модуль эластичности, ГПа | 340 | 320 |
| Влагопоглощение, % | 0 | 0 |
Стандартные размеры
| Тип корпуса | Габарит, мм | Диаметр отверстий, мм |
|---|---|---|
| ТО-126 | 10х13 | 3. 1 |
| ТО-220 | 12х18 | 3.2 |
| ТО-247 | 18х23 | 3.6 |
| ТО-264 | 21х26 | 3.6 |
| ТО-3 | 27х41 | 2 х d4.8 + 2 x d3.6 |
Примечание: В таблице указаны размеры прокладок под наиболее распространенные типы корпусов.
Сравнение метериалов на примере прокладок под корпус ТО-247 (23х18 мм)
| Материал прокладки | Типовая толщина прокладки, мм |
Расчетное тепловое сопротивление, K/W |
Улучшение эффективности, раз |
|---|---|---|---|
| Слюда | 0.05 | 0.173 | 1.4 |
| Силиконовая прокладка, КПТД | 0.2 | 0.242 | 1 |
| Оксид бериллия (BeO) | 1 | 0.011 | 23 |
| Оксид бериллия (BeO) | 2 | 0. 021 |
12 |
| Оксид алюминия (Al2O3) | 0.25 | 0.024 | 10 |
| Оксид алюминия (Al2O3) | 0.38 | 0.037 | 7 |
| Оксид алюминия (Al2O3) | 0.63 | 0.061 | 4 |
| Оксид алюминия (Al2O3) | 1 | 0.097 | 3 |
| Нитрид алюминия (AlN) | 0.25 | 0.003 | 72 |
| Нитрид алюминия (AlN) | 0.5 | 0.007 | 36 |
| Нитрид алюминия (AlN) | 1 | 0.013 | 18 |
| Нитрид алюминия (AlN) | 2 | 0.027 | 9 |
Примечание: в таблице указаны самые популярные толщины выпускаемых подложек Al2O3 и AlN.
Оксид циркония, нанесенный на керамический продуктИ компоненты | Производитель передовых керамических деталей и компонентов более 30 лет
Оксид циркония был обнаружен Гуссаком в 1892 году. Он существует в природном рудном цирконовом песке или бадделеите.
Чистый оксид циркония существует в виде моноклинного кристалла, кубического кристалла и кубической решетки.
Оксид циркония характеризуется высокой прочностью, высокой ударной вязкостью, высокой твердостью, а также отличной химической коррозионной и абразивной стойкостью.
Районы добычи цирконового песка в мире, на 80% сосредоточенные в Австралии, Южной Африке и США. Методы очистки циркония из циркониевого песка включают метод хлорирования и метод пиролиза. Его можно использовать в огнезащитных материалах, литье для депарафинизации и высококачественных порошках.
Основные районы производства бадделеита сосредоточены в Южной Африке, Бразилии и Советском Союзе, а бадделеит в основном используется в абразивных материалах и керамических красителях.
Оксид циркония существует в моноклинном кристалле при комнатной температуре и будет преобразован в квадратную кристаллическую фазу при повышении температуры до 1170°C, а затем превратится в кубическую кристаллическую фазу при повышении температуры до 2370°C, в то время как кубическая кристаллическая фаза будет растворена в жидкой фазе. при 2680°C превращение квадратного кристалла в моноклинный кристалл представляет собой мартенситное превращение, и такое фазовое превращение может привести к изменению объема на 3-5%, в результате чего появятся микротрещины. Позже добавляют оксид магния, оксид кальция и другие стабилизаторы фазы, чтобы убедиться, что оксид циркония может поддерживать высокотемпературную стабильную фазу, то есть кубическую кристаллическую фазу, которая называется стабилизированным оксидом циркония; если стабилизатор фазы оксида иттрия добавляется для сохранения частично квадратной кристаллической фазы, его можно назвать частично стабилизированным оксидом циркония.
Теплопроводная керамика на основе оксида циркония ZrO₂ имеет чисто белый цвет, в то время как желтый или серый цвет содержит примеси, и обычно содержит HfO₂, который нелегко отделить.
Производство керамики из диоксида циркония требует подготовки узкого порошка, характеризующегося высокой чистотой, хорошими дисперсионными характеристиками, ультрамелкими частицами и узким гранулометрическим составом. Существует множество методов получения сверхтонкого порошка оксида циркония, и методы очистки оксида циркония в основном включают метод хлорирования и термического разложения, метод разложения окислением щелочного металла, метод плавления извести, метод плазменной дуги, метод осаждения, коллоидный метод, метод гидролиза и Метод распылительного пиролиза.
Применение оксида циркония
| Продукт Товар | Требуемые характеристики | Используемый материал |
|---|---|---|
| Свежий кухонный нож, текстильный станок, ножницы, режущий инструмент | Прочность, прочность и твердость | ZrO₂-Y₂O₃ |
| Матрица, подшипник, нитенаправитель, шлифовальный шар и другие детали, препятствующие истиранию | Прочность и твердость | ZrO₂-Y₂O₃ |
| Спейсер для спекания и коннектор для оптического волокна | Термическая стабильность, изоляция и ударная вязкость | ZrO₂-Y₂O₃ (TZP) ZrO₂-CaO ZrO₂-MgO |
Преимущества циркониевой керамики заключаются в следующем.
1. Он обладает высокой твердостью, ударной вязкостью и прочностью на изгиб, а плотность составляет от 5,95 до 6,05 г/см³. Touch-down производит три вида керамики, включая оксид алюминия Al₂O3, карбид кремния Sic и оксид циркония ZrO₂, среди которых оксид циркония имеет самую высокую ударную вязкость, превышающую 8 МПа • м1/2.
2. Он обладает высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения, чья абразивная стойкость в 15 раз выше, чем у керамики на основе оксида алюминия, а коэффициент трения составляет всего 1/2 по сравнению с керамикой на основе оксида алюминия. После абразивной обработки гладкость его поверхности становится еще выше и может достигать ▽ 9. Он имеет зеркальную форму и чрезвычайно гладкий, а коэффициент трения ниже.
3. Он обладает хорошей изоляцией и сильной коррозионной стойкостью, не содержит статического электричества, жаростойкий и обладает отличными теплозащитными характеристиками, коэффициент теплового расширения которого близок к стали.
4.
Он является самосмазывающимся и может решить проблему загрязнения, вызванного смазочной средой, и дополнительных неудобств.
Форма обработки циркониевой керамики:
1. Обработка путем открытия пресс-формы: формовочная машина сухого типа, литьевая формовка CIM. Выравнивающая обработка CIP и обработка листового металла.
2. Продукт обработки формы: Плоское шлифование должно быть принято в соответствии с требованиями заказчика, а также шлифование внутреннего / внешнего диаметра, обработка программы ЧПУ, шлифовка и полировка.
Сравнение основных рабочих параметров циркониевой керамики и стали:
| Материал | Керамический | Сталь |
|---|---|---|
| Твердость (HV) | 1350 | 800 |
| Коэффициент теплового расширения (10 -6 /°C) | 9,5 | 11,5 ± 1 |
| Температура спекания | 1550 – 2600 | 1200 – 1400 |
| Термостойкость (°C) | 1800 | 1000 |
| Удельный вес (г/см³) | 6,0 | 7,8 |
| Прочность на изгиб (МПа) | 800 – 1000 | 2000 г. |
| Модуль Юнга (10 4 кгс/мм²) | 2.1 | 2.1 |
| Коэффициент Пуассона | 0,3 | 0,3 |
| Содержание компонентов (%) | ZrO₂ ≧ 94,5 | |
| Цвет | Слоновая кость, Черный, Желтый | |
| Прочность на прокол (кВ/мм) | 15 | |
| Впитывание воды (%) | < 0,01 | |
| Сопротивление сжатию, МПа | 5000 | |
| Твердость, град | 88 | |
| Объемное сопротивление (см) | > 1012 | |
| Шероховатость (мкм) | ≦ 0,8 | |
| Зеркальная полировка (Ра) | ≦ 0,05 | |
Теплопроводность (кал/см. сек°C) | 0,007 | 0,13 |
Керамика – сравнительная таблица характеристик
| Название/Характеристика | Оксид алюминия (AL₂O) | Оксид циркония (ZrO₂) | Нитрид кремния (Si₃N₄) | Нитрид алюминия (АИН) | Карбид кремния (SiC) | нитрид бора (BN) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Появление | Частичный белый или молочно-белый или цвета слоновой кости | слоновая кость | Ясень черный | Коричневый | Черный | Белый |
| Диэлектрический коэффициент | > 10 14 | > 10 10 | > 10 14 | > 10 13 | > 10 6 | > 10 14 |
| Теплопроводность | 20 ~ 37 Вт/мкОм | 1,8 ~ 3 Вт/мкОм | 18 ~ 25 Вт/мК | 90 ~ 230 Вт/мК | 115 ~ 130 Вт/мкОм | 30 Вт/мК |
| Коэффициент температурного расширения | 4,5 ~ 8 (10 -6 /к) | 8 ~ 11,5 (10 -6 /к) | 3,2 (10 -6 /к) | 4,5 (10 -6 /к) | 4,8 ~ 5,2 (10 -6 /к) | 1,5 (10 -6 /к) |
| Модуль для младших | 380 (ГПа) | 210 (ГПа) | 300 ~ 320 (ГПа) | 320 (ГПа) | 400 ~ 420 (ГПа) | |
| Коэффициент Пуассона | 0,27 | 0,3 | 0,26 | 0,25 | 0,19 | |
| Высокая термостойкость | 1500° ~ 1700° | 550° / 1700° | 800° ~ 1300° | 1700° | 1700° | 2200° |
| Устойчивость к кислоте и щелочи | Сильный | Сильный | Сильный | Сильный | Сильный | Общий |
| Магнетизм | Н/Д | Н/Д | Н/Д | Н/Д | Н/Д | Н/Д |
| Размерная стабильность | Немного меняется с температурой | Немного меняется с температурой | Немного меняется с температурой | Немного меняется с температурой | Немного меняется с температурой | Немного меняется с температурой |
| Рабочая центробежная сила | Середина | Больше | Маленький |
HSY-3.
0 Spec оксида цирконияИсточник: предоставлено японской Sumitomo.
Галерея
Теплопроводная керамика на основе оксида циркония
Теплопроводная керамика на основе оксида циркония
- сопутствующие товары
Reade Advanced Materials – Теплопроводность керамики (при 100°F)
См. страницу любого интересующего вас продукта
Соединение | БТЕ фут/ч F |
Карбид кремния | 52,0 |
Периклаз | 26,7 |
Сапфир (ось C) | 20,2 |
Сапфир (ось А) | 18,7 |
Топаз (ось А) | 10,8 |
Кианит (ось с) | 10,0 |
Кианит (ось b) | 9,6 |
Шпинель (MgO. | 6,80 |
Кварц (ось с) | 6,40 |
Кварц (ось А) | 3,40 |
Рутил (ось с) | 5,60 |
Рутил (ось А) | 3,20 |
Флюорит | 5,30 |
Берилл, аквамарин (ось С) | 3,18 |
Берилл, аквамарин (ось А) | 2,52 |
Циркон (ось А) | 2,45 |
Циркон (ось С) | 2,34 |
Чистый оксид бериллия (горячепрессованный) | 125,0 |
Оксид магния (особ. | 21,5 |
Оксид олова (98%) | 17,5 |
Оксид цинка (желтый) | 16,8 |
Оксид цинка (серый) | 13,6 |
Оксид меди (100%) | 10,2 |
Тория диоксид (горячепрессованный) | 8,00 |
Марганец-оксид марганца | 4.18 |
Оксид свинца (моно-#, 100%) | 1,6 |
Al2O3)
чистый)
Определение : Теплопроводность – это количество теплоты, передаваемое из-за единичного температурного градиента в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единицы площади, когда теплопередача зависит только от температурный градиент.