BN-basierte Verbundwerkstoffe und ihre Dielektrizitätskonstante: Ein detaillierter Überblick

Bornitrid gewinnt aufgrund der Fortschritte der nächsten Generation in der drahtlosen Kommunikation zunehmend an Bedeutung. Der niedrigere Wert von Dielektrizitätskonstanten und der damit verbundene geringste Verlust macht sie zu hervorragenden Produkten in der Hochfrequenzelektronik. Hier versuchen wir, die verschiedenen Aspekte von BN-Verbundwerkstoffe und die dielektrischen Leistungen.

Ein allgemeines Verständnis von Bornitrid

Bornitrid ist ein ungiftiges, nahezu farbloses Feuerfestmaterial mit hoher thermischer Beständigkeit und geringer Dichte. Da seine Struktur Diamant oder Graphen ähnelt, wird es allgemein als „weißes Graphen“ bezeichnet. Die fortschrittlichen Eigenschaften von Bornitrid machen es ideal für die Elektronik und Radarkommunikation. Es liegt entweder in Form farbloser Kristalle oder als weißes Pulver vor.

Bornitrid-Eigenschaften

Wie der Name schon sagt, enthält Bornitrid Bor- und Stickstoffatome in jeder wesentlichen Struktur. Das unterschiedliche Gitter ist der Grund für die unterschiedlichen Bornitrid-Eigenschaften. H-BN weist eine deckende Struktur auf. Daher eignet sich diese Hochleistungskeramik generell als Isolator und Schmiermittel.

Im Gegensatz zu kubischem Bornitrid (c-BN) ist es härter und besitzt eine diamantähnliche Struktur. Es ist extrem oxidationsbeständig. c-BN ist nach Diamant das zweithärteste Material. Wurtzit ist eine weitere Strukturform von BN, die härter als kubisches Bornitrid ist.

Bornitrid verfügt über weitere wichtige Eigenschaften. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit wird es hauptsächlich in Wärmeableitungskomponenten in elektronischen Anlagen eingesetzt. Es ist inert gegenüber Säuren, Laugen und Schmelzen. Die Dichte von h-BN und c-BN liegt bei etwa 2,1 g/cm³ bzw. 3,5 g/cm³.

Da ihre Dielektrizitätskonstante in einem nennenswerten Bereich liegt, eignen sie sich hervorragend als elektrische Isolatoren. Bornitrid hat außerdem hohe Schmelzpunkte im Bereich von 2900 °C oder mehr und bleibt auch bei extremen Temperaturbedingungen intakt.

Durch strategische Fertigung entstandene Bornitrid-Verbundwerkstoffe

Die moderne Wissenschaft hat zur Erfindung mehrerer Bornitrid-Verbundwerkstoffe. Einige davon sind ZS-Bornitrid, ALN-Bornitrid und BO-Bornitrid. Jedes Komposit ist je nach seinen Eigenschaften und seiner Funktionalität für unterschiedliche Anwendungen geeignet. Detaillierte Informationen zu den verschiedenen Bornitrid-Verbundwerkstoffe und ihre Anwendungen sind unten aufgeführt.

ZS-BN-Verbundwerkstoff

Wie der Name schon sagt, ist ZSBN BN-Verbundwerkstoff Eine Kombination aus Siliziumkarbid, Zirkonoxid und Bornitrid. Die Zugabe von Zirkonoxid und SiC hat die Härte und Verschleißfestigkeit des herkömmlichen BN deutlich verbessert. Ein weiterer Vorteil von ZSBN ist seine chemische und thermische Stabilität, die es ideal für elektronische oder Hochleistungsanwendungen macht. Der BN-Verbund aus Zirkonoxid und SiC kann zudem als Kühlkörper dienen.

BN-ALN-Verbundwerkstoffe

BN-ALN ist ein BN-Verbundwerkstoff Bestehend aus Bornitrid und Aluminiumnitrid. Dieser Verbundwerkstoff zeichnet sich durch hohe thermische Stabilität, Beständigkeit und Leitfähigkeit aus. Diese Verbundwerkstoffe werden hauptsächlich in der Herstellung von Halbleiterzubehör, Isolierteilen sowie zur Herstellung von Zahnrädern und Lagern verwendet. Zu den mechanischen Eigenschaften zählen extreme Härte und Steifigkeit.

BN – BO-Verbundwerkstoff

BN-BO-Verbundwerkstoffe bestehen aus BN und Boroxid. Der Hauptbestandteil des BN-Verbundwerkstoffs ist BN, das den Großteil des Materials ausmacht. BN-BO zeichnet sich durch hohe thermische Stabilität, Stoßfestigkeit und hohe chemische Beständigkeit aus. Es wird zur Herstellung von Materialien verwendet, die hohen Temperaturen standhalten und in rauen Umgebungen wie Düsen eingesetzt werden können.

Sorten von Bornitridkeramik

Zur Verdeutlichung sind die BN-Keramikverbundtypen unten aufgeführt.

Die Dielektrizitätskonstante von Bornitrid

Dielektrizitätskonstante wird auch als relative Permittivität bezeichnet und bestimmt das Verhalten von Materialien in elektrischen Feldern. Dielektrizitätskonstante gibt Auskunft darüber, wie viel Energie ein Material in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld speichern kann. Im Allgemeinen Dielektrizitätskonstante Der Wert von Bornitrid liegt im Bereich von 3 bis 5. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, dass es in elektronischen Anwendungen als besserer Isolator fungiert.

Was ist ein dielektrisches Material?

A dielektrisches Material hat eine schwache Wärmeleitfähigkeit. Es fehlt frei bewegliche Elektronik, die bei der Stromübertragung hilft. Aber ein dielektrisches Material können mit Sicherheit die elektrische Ladung speichern, was ihnen hilft, als elektrische Isolatoren zu funktionieren.

Die BN eignet sich als dielektrisches Material in elektronischen Bauteilen wie Kondensatoren, da es elektrischen Strömen standhält. Bornitrid ist außerdem ein Isolator, der hohen Temperaturen standhält. Die Struktur von Bornitrid beeinflusst verschiedene dielektrische Eigenschaften aufgrund der Konfiguration, die es besitzt. Im Allgemeinen verwenden die Ingenieure verschiedene Technologien, um die dielektrische Eigenschaften um Bornitrid in gewünschten Anwendungen einzusetzen.

Feinabstimmung der dielektrischen Eigenschaften von BN-Verbundwerkstoffen

Methode zur Abstimmung dielektrischer Eigenschaften

Wie erklärt die dielektrische Eigenschaften der BN-Verbundwerkstoffe ist im Allgemeinen eine Funktion seiner Mikrostruktur und Zusammensetzung. In der wesentlichen Mikrozusammensetzung eines Verbundwerkstoffs verringert die gleichmäßige Verteilung von BN den dielektrischen Verlust. Andere Füllstoffe wie SiC und AlN verstärken den Eigenschaftseffekt im Hauptgitter. Die wichtigsten Abstimmungsfaktoren sind:

• Die Ausrichtung der Nanoblätter im Verbund trägt zur Reduzierung der Tan-Werte bei. Dies ist auf die Variation der Morphologie zurückzuführen.
• Die Zusammensetzung des Füllstoffs trägt zur Variation der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Isoliereigenschaften bei
• Polarisations- und Dauerverluste können durch Kontrolle der Porosität oder Defekte an der Schnittstelle minimiert werden.
• Der BN-Verbundstoff mit besseren dielektrischen Werten hat dielektrische Konstanten etwa 1,3 – 3,6 und dielektrische Verluste von etwa unter 0,01 GHz

Hochfrequenzsysteme und die dielektrische Abstimmung

• Die niedrigen Tan-Werte sind für elektronische 5G-Leiterplatten günstig, um die Signalintegrität zu gewährleisten
• Hohe Wärmeleitfähigkeit, geringere dielektrische Verluste und überlegene Stoßfestigkeit hilft in drahtlosen oder radarbasierten Kommunikationssystemen
• Stabil Dielektrizitätskonstante und das Wärmeableitungsverhalten ist wichtig, wenn es um die Verpackung elektronischer Geräte geht.

Vorteile der Anpassung dielektrischer Eigenschaften – strukturelle oder morphologische Veränderungen

• Die in den BN-Verbundwerkstoffen verwendeten Füllstoffe können die Partikelgröße und -geometrie des BN-Verbundwerkstoffs verändern. Die veränderte Ausrichtung und Form verbessern den Wärmefluss und begrenzen dielektrischer Verlust.
• Die Methode zur Synthese kontinuierlicher Wärmepfade in der Netzwerktechnik trägt zum Isolierverhalten der BN-Verbundwerkstoffe bei
• Die Leistung und Stabilität des Materials wird im Allgemeinen durch die Minimierung der Hohlräume und Diskontinuitäten an der Schnittstelle beeinflusst.

Dielektrische Eigenschaften und Kompromisse in BN-Verbundsystemen

• Der BN-ALN-Verbundstoff gewährleistet eine Wärmeleitfähigkeit von rund 320 W/Mk und Dielektrizitätskonstante Wert ist kleiner als 4
• BN – SiC-basierter Verbundwerkstoff bietet gute Isolierung und bessere mechanische Festigkeit
• BN – Zirkonoxid als Verbundwerkstoff bietet eine gute Temperaturwechselbeständigkeit. Es kontrolliert außerdem die dielektrische Eigenschaft und die damit verbundene Leistung
• Die in polymerbasierten BN-Verbundwerkstoffen verwendete Ausrichtungsmethode gewährleistet eine niedrige Permittivität. Sie ermöglicht Wärmeleitung durch die anisotrope Gittergeometrie.

Abschluss

Die Erfindung von BN Composites hat Die Funktionalität der Keramik wurde gesteigert und ist nun für viele Anwendungen geeignet. Die Feinabstimmung der Verbundwerkstoffe ist unerlässlich, um die Eigenschaften für Anwendungen in der Elektronik anzupassen. Die dielektrische Feinabstimmung dient der Steigerung der Effizienz herkömmlicher Verbundwerkstoffe.