Műszaki kerámiák elektromos tulajdonságai
A műszaki kerámia anyagokat széles körben használják az erősáramú elektronikában, a félvezető berendezésekben, az autóipari rendszerekben és a nagyfeszültségű alkalmazásokban a műszaki kerámiák kiemelkedő elektromos tulajdonságaiknak köszönhetően. A fémekkel ellentétben, amelyek vezetik az áramot, a legtöbb fejlett kerámia kiváló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik.
szigetelés hő- és mechanikai stabilitással kombinálva.
A műszaki kerámiák elektromos tulajdonságainak megértése elengedhetetlen a nagyfeszültségű szigeteléshez, a nagyfrekvenciás áramkörökhöz és a teljesítménymodul-tokokhoz szükséges alkatrészek tervezésekor.
👉 A kerámia anyagok szélesebb körű áttekintéséhez tekintse meg főoldalunkat Műszaki kerámia oldal.
A műszaki kerámiák fő elektromos tulajdonságai
A műszaki kerámiák összes elektromos tulajdonsága közül négy paraméter különösen kritikus:
• Elektromos ellenállás
• Átütési szilárdság
• Dielektromos állandó
• Dielektromos veszteség
Ezek a tulajdonságok határozzák meg a szigetelési képességet, a feszültségállóságot és a jel teljesítményét.
1. Elektromos ellenállás
Az elektromos ellenállás egy anyag elektromos árammal szembeni ellenállását írja le, és jellemzően Ω·cm-ben fejezik ki.
Tipikus térfogati ellenállásértékek:
• Alumínium-oxid: szszszsz10¹⁴ Ω·cm
• Cirkónium: szsszsz10¹² Ω·cm
• Szilícium-nitrid: 10¹⁴–10¹⁵ Ω·cm
• Alumínium-nitrid: >10¹⁴ Ω·cm
A nagy elektromos ellenállás megbízható szigetelést biztosít még magas hőmérsékleti és páratartalmú körülmények között is. A nagy szigetelőképességű anyagokat lásd a ... részben.Alumina kerámia ésSzilícium-nitrid kerámia.
2. Átütési szilárdság
A dielektromos szilárdság azt a maximális elektromos teret jelöli, amelyet egy anyag képes ellenállni, mielőtt elektromos átütés következne be. Általában kV/mm-ben mérik.
Tipikus dielektromos szilárdság:
• Alumínium-oxid: 16–22 kV/mm
• Alumínium-nitrid: 17 kV/mm
• Cirkónium-dioxid: 9–12 kV/mm
A nagy dielektromos szilárdság kritikus fontosságú a következők szempontjából:
• IGBT modulok
• Nagyfeszültségű relé alkatrészek
• Biztosítéktestek
• Tápegység-aljzatok
3. Dielektromos állandó
A dielektromos állandó (εr) egy anyag elektromos energia tárolására való képességét méri elektromos térben.
Tipikus dielektromos állandó értékek:
• Alumínium-oxid: 9–10
• Alumínium-nitrid: 9
• Cirkónium: 29
• Szilícium-nitrid: 8-9
A stabil dielektromos állandó elengedhetetlen az RF szubsztrátok, az érzékelő alkatrészek és a jelintegritás-szabályozás szempontjából.
4. Dielektromos veszteség
A dielektromos veszteség (tan δ) az energia disszipációját jelzi egy dielektromos anyagon belül, amikor váltakozó elektromos mezőnek van kitéve.
Az alacsony dielektromos veszteség fontos a következőkhöz:
• Nagyfrekvenciás áramkörök
• Mikrohullámú rendszerek
• RF modulok
Az alacsony dielektromos veszteségű műszaki kerámia anyagok stabil teljesítményt biztosítanak nagyfrekvenciás elektronikus rendszerekben.
Fő műszaki kerámiaanyagok elektromos teljesítménye
Alumínium-oxid (Al₂O₃)
Az alumínium-oxid az egyik legszélesebb körben használt szigetelő kerámia, mivel kiegyensúlyozott elektromos tulajdonságai vannak a műszaki kerámiákra jellemzően, jó átütési szilárdsággal rendelkezik, és széles hőmérsékleti tartományban stabil ellenállással rendelkezik.
Gyakori alkalmazások:
• Kerámia aljzatok
• Szigetelők
• Biztosítéktestek
• Nagyfeszültségű alkatrészek
👉 További részletek a mi Alumina kerámiaoldal.
Alumínium-nitrid (AlN)
Az alumínium-nitrid a kiváló elektromos szigetelést nagyon magas hővezető képességgel ötvözi, így ideális választás teljesítményelektronikához és hőkezelő rendszerekhez.
• Gyakori alkalmazások:
• IGBT szubsztrátok
• LED hőelosztók
• Teljesítménymodulok
👉 Lásd Alumínium-nitrid kerámia részletes specifikációkért.
Szilícium-nitrid (Si₃N₄)
A szilícium-nitrid kiváló szigetelést és kiemelkedő mechanikai megbízhatóságot kínál. Széles körben használják nagy megbízhatóságú teljesítménymodulokban és autóipari elektronikában.
👉 Lásd Szilícium-nitrid kerámia részletes specifikációkért.
Cirkónium-dioxid (ZrO₂)
A cirkónium mérsékelt elektromos szigetelést biztosít, és jellemzően akkor választják, ha a mechanikai szilárdság fontosabb, mint a dielektromos teljesítmény.
👉 Lásd cirkónium Kerámiai részletes specifikációkért.
Kapcsolat más kerámia ingatlankategóriákkal
Bár ez az oldal a műszaki kerámiák elektromos tulajdonságaira összpontosít, az anyagválasztás a következőktől is függ:
• A kerámiák mechanikai tulajdonságai (szilárdság, szívósság)
• Fizikai tulajdonságok (hőtágulás, hővezető képesség, sűrűség)
• Vegyi ellenállás
Az átfogó értékeléshez tekintse át:
👉 A kerámiák mechanikai tulajdonságai
👉 A műszaki kerámiák fizikai tulajdonságai
👉 Műszaki kerámiák alkalmazásai
Ezek a tulajdonságkategóriák együttesen határozzák meg a fejlett kerámiaanyagok teljes teljesítményprofilját.
Következtetés
A műszaki kerámiák elektromos tulajdonságai – beleértve az elektromos ellenállást, a dielektromos szilárdságot, a dielektromos állandót és a dielektromos veszteséget – lehetővé teszik a megbízható szigetelést és jelvezérlést a nagy teljesítményű elektronikus rendszerekben.A feszültségviszonyok, a frekvenciakövetelmények és a hőhatások gondos értékelésével a mérnökök olyan kerámiaanyagokat választhatnak, amelyek biztosítják a hosszú távú elektromos megbízhatóságot és a rendszer stabilitását.
