Керамика из глинозема в качестве изоляционного материала

Что такое изоляционные материалы?

В электрической цепи или электронной схеме изоляционные материалы используются для физической изоляции проводников в соответствии с требованиями конструкции, чтобы предотвратить протекание тока между ними и нарушение работы цепи. Кроме того, изоляционные материалы могут служить механической опорой проводника, использоваться для отвода тепла, а также для защиты окружающей среды.

Первым и главным условием является то, что изоляционные материалы не проводят электричество, а это означает, что удельное электрическое сопротивление должно быть как можно выше.

Как их уточнить?

Чтобы быть превосходной изоляционной керамикой, изоляционные материалы должны обладать следующими свойствами:

--Объемное сопротивление (ρ) больше или равно 1012 Ом·см.

--относительная диэлектрическая проницаемость （ε） Меньше или равна 30

--хорошая теплопроводность, а коэффициент теплового расширения должен быть аналогичен коэффициенту теплового расширения проводниковых материалов с хорошими показателями термостойкости, высокой прочности и химической стабильности.

Ноу-хау об изоляционных материалах, на которые стоит обратить внимание

Теорию энергетических зон твердого тела можно использовать для объяснения изоляции, полупроводимости и электропроводности твердого тела.

валентная зона: самая мощная энергетическая зона, не заполненная электроникой.

Запрещенная энергетическая зона: находится между валентной зоной и зоной проводимости.

Если ширина запрещенной зоны достаточно велика (более нескольких эВ), электроны в полной зоне вряд ли могут возбудиться за пределы щели и войти в зону проводимости, т. е. считается, что электроны вряд ли могут мигрировать, тогда твердое тело является типичным изолятором.

Идеальный изолятор может быть получен только при абсолютном нуле градусов по Цельсию. При изменении внешних условий, например, при повышении температуры или воздействии солнечного света, часть электронов в валентной зоне может активироваться и перейти в зону проводимости из-за теплового стимула, а затем стать проводящими, подобно полупроводнику при высоких температурах. температура, отличающаяся лишь тем, что ширина запрещенной энергетической зоны больше, чем у полупроводниковых изоляторов. Активация электронов требует энергозатрат, поскольку электроны не мигрируют при комнатной температуре.

Многие изолирующие керамики представляют собой типичные ионные или ковалентные кристаллы, поэтому необходимо учитывать поведение проводимости при диффузии ионов. В изоляционной керамике следует по возможности избегать существования ионов щелочных металлов (особенно ионов натрия), поскольку это может привести к сильной проводимости и снижению изоляционных свойств керамики.

Ширина запрещенной энергетической зоны керамики (напр.)

МАТЕРИАЛЫ	СВЯЗЫВАЮЩАЯ СВЯЗЬ	ЭГ/ЕВ	МАТЕРИАЛЫ	СВЯЗЫВАЮЩАЯ СВЯЗЬ	ЭГ/ЕВ
СИ	КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ	1.1	ТИО2	ИОННАЯ СВЯЗЬ	3.05-3.8
ГААС	КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ	1.53	ЗНО	ИОННАЯ СВЯЗЬ	3.2
АЛМАЗ	КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ	6	АЛ2О3	ИОННАЯ СВЯЗЬ	10
БАТИО3	ИОННАЯ СВЯЗЬ	2.5	МАО	ИОННАЯ СВЯЗЬ	〉7.8

Общие изоляционные материалы

1.Изоляционная керамика:

А. Оксиды: SiO2, Al2O3.

Б. Неоксиды: Si3N4, BN, AIN.

C. Монокристаллическая изолирующая керамика, такая как кремний, синтетическая слюда (общее название силиката алюминия со слоистой структурой), шпинель, искусственный сапфир и т. д.

(1)Обычная электрическая керамика

Обычная керамика высокого давления, а также полевошпатовая керамика и муллитовая керамика, используемые в матрице резисторов, вместе называются обычной электрической керамикой.

Название Химический состав Фазовый состав

Обычная электронная керамика SiO2 68~72 % Фаза стекла полевого шпата: 45–60 %

Al2O3 20~24% Муллитовая фаза: 20~40%

(K2O+NA2O)3,5~5% Остаточный кварц

Полевошпатовая керамика Аналогично вышеуказанному То же, что и выше

цельсианская керамика SiO2 55%;Al2O3 32%; Муллит, разновидность кварца; Бариевое стекло, бариевый полевой шпат

БаО 10,3%; СаО 2,3%; (К2О+НА2О)3,5~5%

(2)глиноземная керамика

Корундовая керамика: керамика с содержанием Al2O3 более 99% с основной фазой корунда;

Корундомуллитовая керамика: основная фаза – корунд и муллит с содержанием глинозема более 75%.

Муллитовая керамика: основная фаза — муллит с содержанием Al2O3 около 50%.

Электрические и механические свойства глиноземной керамики улучшаются с увеличением содержания Al2O3.

-Al2O3: Трехчастная кристаллическая система с наиболее компактной структурой, низкой активностью и высокой температурной стабильностью является наиболее стабильным кристаллом из всех. Он имеет лучшие электрические характеристики с отличными механическими и электрическими свойствами. Это единственная естественная фаза.

-Al2O3: Это полиалюминатный минерал с высоким содержанием Al2O3.

-Al2O3: Имеет структуру шпинели с низкой плотностью, высокой температурной нестабильностью, плохими механическими и электрическими характеристиками. Из его рыхлых структур могут быть изготовлены пористые материалы.

(3)Магниевая керамика

Название Основная фаза Сырье Характеристики

Стеатит Керамика MgO·SiO2 Стеатит/глина/карбонат бария Низкие диэлектрические потери, простота обработки, низкая стоимость;

но легко состаривается, узкий диапазон температур спекания

Форстерит Керамика 2MgO·SiO2 Магнезит/карбонат магния Низкие диэлектрические потери и высокое удельное сопротивление

Кордиерит Керамика 2MgO·Al2O3·SiO2 Стеатит/глина/глинозем/шпинель Низкий коэффициент теплового расширения,

но с плохими электрическими характеристиками

Алюминиевая шпинель MgO·Al2O3 Глинозем/Магнезит/ следы глины/B2O3/CaF2 Диэлектрические потери превосходят стеатитовую керамику,

но с более высокой диэлектрической проницаемостью

Применение обычной изоляционной керамики

1. В 1855 году керамические изоляторы используются в качестве электроизоляционных материалов на линиях железнодорожной связи.

2. В 1880 году в США начали использовать керамические изоляторы в линиях электропередачи.

3.В настоящее время успешно производятся высокоэффективные керамические изоляторы для передачи сверхвысоких напряжений напряжением более 500кэВ.

4.Автомобильная керамическая свеча зажигания, штифты зажигания для газовых плит.

5. Керамический упаковочный материал

6. Керамический трубчатый предохранитель

7. Керамическая подложка из глинозема.

8.Керамический корпус выпрямительной трубки.

9. Керамическое сиденье трубки

Интегральная схема, сверхмалая схема с высокой плотностью, собирает большое количество компонентов микротранзисторов на подложке, обычно упакованной в оболочку интегральной схемы.

В электронной промышленности в качестве подложек и упаковочных материалов для интегральных схем используются Al2O3, BeO, SiC, AIN, монокристаллическая кремниевая изолирующая керамика.