Wysoka twardość w porównaniu z ekstremalnym wytwarzaniem ciepła. Czy wybrałeś odpowiednią ceramikę precyzyjną?

W łańcuchu dostaw wysokiej klasy sprzętu produkcyjnego, półprzewodników i inteligentnego sprzętu, “ Ceramika precyzyjna ” Często podejmują najbardziej ekstremalne warunki pracy. Wielu nabywców i inżynierów często zmaga się z wyborem tlenku cyrkonu i azotku glinu w obliczu specyficznych warunków pracy.

Choć obie te ceramiki są zaawansowaną ceramiką przemysłową, to ich mikrostruktura i właściwości fizyczne decydują o tym, że są one zupełnie inne. “ Tło postaci ” . Jeśli odpowiednio dobierzemy warunki pracy, wytrzyma on dziesiątki tysięcy uderzeń i wydłuży żywotność sprzętu. “ Magiczna broń ” ; Jeśli wybierzesz niewłaściwe warunki pracy, możesz spotkać się z katastrofami, takimi jak odpryski, pęknięcia, a nawet natychmiastowe spalenie urządzenia.

Dzisiaj głęboko zdemontujemy te dwa główne gałęzie przemysłu ceramicznego, od mikroskopijnych mechanizmów do typowych warunków pracy. “ sufit ” logika wyboru.

1. Pojedynek podstawowych mechanik fizycznych

1. Ceramika cyrkonowa: lider w świecie ceramiki “ żelazny człowiek ” , dlaczego nie można go łatwo złamać?

Chociaż tradycyjna ceramika specjalna (taka jak tlenek glinu o wysokiej czystości) ma wysoką twardość, największym śmiertelnym urazem jest jej uszkodzenie “ 脆 ” . Powód, dla którego nazywa się tlenek cyrkonu “ stal ceramiczna ” , rdzeń leży w jego wyjątkowości “ Hartowanie ze zmianą fazy ” mechanizm.

w temperaturze pokojowej przez dodanie itru ( Y ) lub magnez ( Mg ) i inne stabilizatory mogą przekształcić wysokotemperaturowy stan metastabilny (tetragonalna faza krystaliczna) tlenku cyrkonu w “ Zamroź ” Przechowywać w temperaturze pokojowej. Kiedy na ceramikę działają siły zewnętrzne i pęknięcia zaczynają się rozprzestrzeniać, pole naprężeń na końcu pęknięcia spowoduje przejście z fazy kryształu tetragonalnego do fazy kryształu jednoskośnego. Ta zmiana fazowa nastąpi 3% ~ 5% Objętość zwiększa się, a naprężenie ściskające generowane przez rozszerzanie będzie działać jak para szczypiec. “ Zacisk ” I zablokuj końcówkę pęknięcia, aby zapobiec jego dalszemu rozprzestrzenianiu się.

Dlatego wytrzymałość na zginanie (do 1200MPa ) i odporność na pękanie (do 10 MPa·m¹/² ), tlenek cyrkonu wyróżnia się wśród rodziny ceramiki.

2. Ceramika z azotku glinu: klasa elektroniczna “ Król chłodzenia ” , jak uzyskać ciepło “ droga ekspresowa ”

Bardzo niska przewodność cieplna w przypadku tlenku cyrkonu (tylko ≈ 2,5 W/(m·K) , podobnie jak bawełna termoizolacyjna) jest zupełnie odwrotnie, przewodność cieplna azotku glinu jest tak wysoka, jak ≈ 170 - 230 W/(m·K) , prawie sto razy większy niż tlenek cyrkonu, nawet zbliżony do niektórych metali.

Ceramika nie zawiera wolnych elektronów, więc jak przewodzi ciepło? Odpowiedzią są wibracje sieci (przenoszenie ciepła fononowego). Azotek glinu ma proste właściwości niemetaliczne związane z wiązaniem kowalencyjnym, wyjątkowo lekką sieć krystaliczną i niezwykle silne siły wiązania międzyatomowego. Po miejscowym podgrzaniu atomy wibrują z dużą prędkością, tworząc fonony, które można szybko i bez przeszkód przenosić w ich sieci krystalicznej o wysokiej czystości.

Jeszcze cenniejsze jest to, że pomimo bardzo wysokiej przewodności cieplnej zachowuje również doskonałą izolację elektryczną (wytrzymałość dielektryczną). ≈ 14kV/mm ) i jego współczynnik rozszerzalności cieplnej ( CTE ≈ 4,5 × 10⁻⁶/K ) jest zaskakująco zgodny z materiałem półprzewodnikowym rdzenia, monokrystalicznym krzemem.

Intuicyjna tabela porównawcza wydajności rdzenia

2. Jak trafnie dobrać model w czterech ekstremalnych warunkach pracy?

[Warunki pracy 1: duże obciążenie, wysokie ciśnienie, częste tarcie “ z głową ” Środowisko mechaniczne] Typowe scenariusze: pompy nurnikowe w przemyśle petrochemicznym, ceramiczne narzędzia tnące w papiernictwie i tekstyliach oraz kule mielące do zawiesin nowych akumulatorów energetycznych. Wniosek dotyczący wyboru: Nie ma wątpliwości, że tlenek cyrkonu jest pierwszym wyborem. Głęboki powód: tego typu warunki pracy wymagają nie tylko materiałów o wyjątkowo wysokiej twardości w skali Mohsa (tlenek cyrkonu sięga 8.8 ), wymagana jest większa odporność na uderzenia. Azotek glinu ma niską wytrzymałość ( ≈ 3 - 4 MPa·m¹/² ), pod wpływem ruchu posuwisto-zwrotnego o wysokiej częstotliwości i siły ścinającej tarcia pompy tłokowej, łatwo może wystąpić mikroskopijne odpryskiwanie lub makroskopowa fragmentacja. Hartowanie tlenku cyrkonu metodą zmiany fazowej pozwala spokojnie poradzić sobie z tego rodzaju problemami “ zostać pobitym ” warunki pracy.

[Warunki pracy 2: Środowisko elektroniczne i elektryczne o dużej mocy i dużej gęstości strumienia ciepła] Typowy scenariusz: IGBT Moduł dużej mocy, duża moc Dioda LED Oświetlenie, podłoża laserowe dużej mocy. Wniosek dotyczący wyboru: Nie ma substytutu, należy wybrać azotek glinu. Podstawowy powód: gdy działają nowoczesne urządzenia elektroniczne dużej mocy, ciepło generowane na jednostkę powierzchni chipa jest niezwykle wysokie. Jeśli ciepło nie będzie mogło zostać odprowadzone w ciągu kilku milisekund, temperatura złącza chipa przekroczy normę i nastąpi bezpośrednie spalenie. To, co jest potrzebne w tej chwili, to “ Ścieżki ciepła, skały elektryczności ” . Natychmiast pojawia się bardzo niska przewodność cieplna tlenku cyrkonu “ bariera termiczna ” ; Podłoże z azotku glinu może nie tylko izolować duże prądy, ale także kierować ciepło do grzejnika bez zatrzymywania.

[Warunki pracy 3: Środowisko przetwarzania próżniowego o wyjątkowo wysokiej temperaturze i złożonej atmosferze] Typowy scenariusz:半导体晶圆制造中的刻蚀机刻蚀环、晶圆加热夹具。 Wniosek dotyczący wyboru: Preferowany jest azotek glinu. Podstawowy powód: tlenek cyrkonu to coś więcej 1000°C W ekstremalnie wysokim ciśnieniu lub w specyficznym środowisku pary wodnej może nastąpić przemiana fazy odwróconej (przemiana monoklinalna w tetragonalną), co skutkuje mikropęknięciami wewnątrz materiału. “ Starzenie się ” . Pod osłoną gazu obojętnego azotek glinu może wytrzymać temperatury dochodzące do 2200°C . Co ważniejsze, w półprzewodnikowej płycie grzejnej współczynnik rozszerzalności cieplnej azotku glinu idealnie pasuje do płytki krzemowej. Nawet w cyklu temperaturowym wynoszącym kilkaset stopni kosztowna płytka krzemowa nie ulegnie uszkodzeniu z powodu niespójnej rozszerzalności i kurczenia się cieplną. “ pęknięty ” 或 “ Wypaczenie ” 。

[Warunki pracy 4: Erozja stopionego metalu i złożone środowisko chemiczne] Typowy scenariusz:熔炼铝、铜等有色金属的坩埚，或者酸碱管道。 Wniosek dotyczący wyboru: Wybierz azotek glinu dla środowiska stopionego metalu. Głęboki powód: azotek glinu ma dużą odporność chemiczną na stopione aluminium, miedź, żelazo i inne metale. “ nie zwilżający ” , co oznacza, że stopiony metal nie może się do niego przylegać i powodować jego korozję, co czyni go idealnym materiałem ogniotrwałym w wysokiej temperaturze. Należy jednak zauważyć, że azotek glinu jest podatny na hydrolizę powierzchniową w wilgotnym powietrzu, dlatego wymagana jest modyfikacja powierzchni odporna na wilgoć w przypadku przechowywania i stosowania w wodnych środowiskach chemicznych; podczas gdy tlenek cyrkonu wykazuje bardziej stabilną obojętność chemiczną w konwencjonalnych rurociągach kwasowo-zasadowych.

Trzy. Wniosek: wyjdź z pojedynczego wyboru i przejdź do optymalizacji strukturalnej

W nowoczesnych, nowatorskich gałęziach przemysłu warunki pracy często nie są czarno-białe. Na przykład niektóre precyzyjne elementy półprzewodników nie tylko podlegają zużyciu i uderzeniom spowodowanym chwytaniem mechanicznym, ale także wytrzymują zmiany temperatury o wysokiej częstotliwości i wymagania dotyczące rozpraszania ciepła.

“ Wykorzystuj mocne strony i unikaj słabych, uzupełniaj się strukturalnie ” To najwyższy poziom precyzyjnego zastosowania ceramiki. Na przykład azotek glinu nakłada się na rdzeń źródła ciepła jako warstwę przewodzącą ciepło i regulującą temperaturę, a tlenek cyrkonu lub metal konstrukcyjny stosuje się do sztywnego podparcia na naprężonych i mocowanych krawędziach.

Wydajność ceramiki przemysłowej zależy w trzech trzecich od właściwości fizycznych samego materiału, a w siedmiu dziesiątych od późniejszej kontroli składu proszku, procesu spiekania i precyzyjnej obróbki mikronano.

Zhufa Precision Ceramics od wielu lat zajmuje się obróbką przemysłowej ceramiki specjalnej. Oferujemy nie tylko pełną gamę materiałów, od tlenku cyrkonu i tlenku glinu po azotek glinu i azotek krzemu, ale także polegamy na wysokiej precyzji CNC Możliwości obróbki ceramiki, konwersja każdego elementu “ Przemysłowa twarda nakrętka ” Polerowane na precyzyjne komponenty, które pasują do ekstremalnych warunków pracy. W obliczu złożonego środowiska przemysłowego nie wiesz, jak wybierać i przetwarzać? Zostaw nam warunki pracy, a my zapewnimy Ci kompleksowe rozwiązanie, od wyboru materiałów po dostawę gotowego produktu.