Aluminijeva keramika, ki služi kot izolacijski material

Kaj so izolacijski materiali?

V električnem ali elektronskem vezju se izolacijski materiali uporabljajo za fizično izolacijo prevodnikov na podlagi konstrukcijskih zahtev, da se prepreči pretok toka med njimi in poškoduje delovanje vezja. Poleg tega lahko izolacijski materiali služijo kot mehanska podpora prevodniku, se uporabljajo za odvajanje toplote in zaščito okolja.

Prvi in ​​najpomembnejši pogoj je, da izolacijski materiali ne prevajajo električnega toka, kar pomeni, da je zahtevana čim višja električna upornost.

Kako jih razjasniti?

Da bi bili izolacijski materiali odlična izolacijska keramika, morajo imeti naslednje lastnosti:

--Volumski upor （ρ） Večji ali enak 1012 Ω·cm

--relativna dielektrična konstanta （ε） manjša ali enaka 30

--dobra toplotna prevodnost in koeficient toplotne razteznosti morata biti podobna kot pri prevodniških materialih z dobro odpornostjo na toploto, visoko trdnostjo in kemično stabilnostjo.

Znanje o izolacijskih materialih, ki si ga morate ogledati

Teorijo energijskih pasov trdne snovi je mogoče uporabiti za razlago izolacije, polprevodnosti in električne prevodnosti trdne snovi.

valenčni pas: najmočnejši energijski pas, ki ga ne zapolni elektronika

Prepovedani energijski pas: je med valenčnim in prevodnim pasom.

Če je širina prepovedanega energijskega pasu dovolj velika (več kot nekaj eV), se elektroni v celotnem pasu komajda lahko vzbujajo preko vrzeli in vstopijo v prevodni pas, to pomeni, da se elektroni težko selijo, potem trdna snov je tipičen izolator.

Idealen izolator je mogoče dobiti le pri absolutni nič stopinj Celzija. Ko se zunanji pogoji spremenijo, na primer ko temperatura naraste ali je izpostavljen sončni svetlobi, se lahko del elektronov v valenčnem pasu aktivira in preide v prevodni pas zaradi toplotnega dražljaja, nato pa postanejo prevodni, podobno kot polprevodnik pri visoki temperatura, ki se razlikuje le v tem, da je širina prepovedanega energijskega pasu večja kot pri polprevodniških izolatorjih. Aktiviranje elektronov je energetsko intenzivno, saj elektroni pri sobni temperaturi ne migrirajo.

Številne izolacijske keramike so tipični ionski ali kovalentni kristali, zato je treba upoštevati obnašanje prevodnosti ionske difuzije. V izolacijski keramiki se je treba čim bolj izogibati prisotnosti ionov alkalijskih kovin (zlasti natrijevih ionov), ki lahko privedejo do močne prevodnosti in zmanjšajo izolacijske lastnosti keramike.

Širina prepovedanega energijskega pasu keramike (npr.)

MATERIALI	VEZIVA VEZ	EG/EV	MATERIALI	VEZIVA VEZ	EG/EV
SI	KOVALENTNA VEZ	1.1	TIO2	IONSKA VEZ	3.05-3.8
GAAS	KOVALENTNA VEZ	1.53	ZNO	IONSKA VEZ	3.2
DIAMANT	KOVALENTNA VEZ	6	AL2O3	IONSKA VEZ	10
BATIO3	IONSKA VEZ	2.5	MAO	IONSKA VEZ	〉7.8

Skupni izolacijski materiali

1. Izolacijska keramika:

A. Oksidi: SiO2, Al2O3

B. Neoksidi: Si3N4,BN,AIN

C. Monokristalna izolacijska keramika, kot je silicij, sintetična sljuda (splošno ime za laminiran strukturni aluminijev silikat), spinel, umetni safir itd.

(1) Skupna električna keramika

Običajna visokotlačna keramika ter keramika glinenec in keramika mulit, ki se uporabljajo v matrici upora, se skupaj imenujejo običajna električna keramika.

Ime Kemijska sestava Fazna sestava

Običajna elektronska keramika SiO2 68~72% Feldspar steklena faza: 45~60%

Al2O3 20~24% Mulitna faza: 20~40%

(K2O+NA2O)3,5~5% Ostanki kremena

Feldspatna keramika Podobno kot zgoraj enako kot zgoraj

celzijanska keramika SiO2 55%;Al2O3 32%; Mulit, različica kremena; Barijevo steklo, barijev glinenec

BaO 10,3 %; CaO 2,3 %; (K2O+NA2O)3,5~5%

(2) Keramika iz aluminijevega oksida

Korund keramika: keramika z nad 99 % Al2O3 z glavno fazo korund;

Korund-mulitna keramika: glavna faza sta korund in mulit z več kot 75 % glinice.

Mulitna keramika: glavna faza je mulit s približno 50 % Al2O3

Električne in mehanske lastnosti glinične keramike se izboljšujejo z večanjem vsebnosti Al2O3.

-Al2O3: Tripartitni kristalni sistem, z najbolj kompaktno strukturo, nizko aktivnostjo in visoko temperaturno stabilnostjo, je najstabilnejši kristal od vseh. Ima najboljše električne lastnosti z odličnimi mehanskimi in električnimi lastnostmi. To je edina naravna faza.

-Al2O3: To je polialuminatni mineral z visoko vsebnostjo Al2O3.

-Al2O3: ima spinelno strukturo z nizko gostoto, visoko temperaturno nestabilnostjo, slabo mehansko in električno zmogljivostjo. Iz njegovih ohlapnih struktur lahko izdelamo porozne materiale.

(3) Magnezitna keramika

Ime glavne faze Učinkovitost surovin

Steatit Keramika MgO·SiO2 Steatit/glina/barijev karbonat Nizke dielektrične izgube, enostavna obdelava, nizki stroški;

vendar enostaven za staranje, ozko temperaturno območje sintranja

Forsterite Ceramics 2MgO·SiO2 Magnezit/magnezijev karbonat Nizke dielektrične izgube in visoka upornost

Kordierit Keramika 2MgO·Al2O3·SiO2 Steatit/glina/aluminijev oksid/spinel Nizek koeficient toplotne razteznosti,

vendar s slabo električno zmogljivostjo

Aluminijev spinel MgO·Al2O3 Aluminijev oksid/magnezit/ glina v sledovih/B2O3/CaF2 Dielektrična izguba prekaša steatitno keramiko,

vendar z večjo dielektrično konstanto

Uporaba navadne izolacijske keramike

1. Leta 1855 se keramični izolatorji uporabljajo kot električni izolacijski materiali v železniških komunikacijskih linijah.

2. Leta 1880 so ZDA začele uporabljati keramične izolatorje v električnih daljnovodih.

3. Trenutno so uspešno izdelani visoko zmogljivi keramični izolatorji za prenos ultra visoke napetosti z napetostjo nad 500 keV.

4.Avtomobilske keramične svečke, vžigalne zatiče za plinske kuhalnike

5. Keramični embalažni material

6. Keramična cevna varovalka

7. Keramični substrat iz aluminijevega oksida

8.Keramično ohišje za usmerniško cev

9.Sedež iz keramične cevi

Integrirano vezje, ultra majhno vezje z visoko gostoto, sestavlja veliko število mikro tranzistorskih komponent na substratu, ki je običajno zapakiran v lupino integriranega vezja.

V elektronski industriji se Al2O3, BeO, SiC, AIN, monokristalna silicijeva izolacijska keramika uporabljajo kot substrati in embalažni materiali za integrirana vezja.