Il nitruro di boro sta guadagnando notevole attenzione grazie ai progressi di nuova generazione nelle comunicazioni wireless. Il valore inferiore di costanti dielettriche e la corrispondente minima perdita li rende eccellenti nell'ingegneria elettronica ad alta frequenza. Qui stiamo cercando di esplorare i vari aspetti di BN- compositi e le prestazioni dielettriche.
Una comprensione generica del nitruro di boro
Il nitruro di boro è un refrattario atossico, sostanzialmente incolore, che offre un'ottima resistenza termica e una bassa densità. Poiché la sua struttura è simile a quella del diamante o del grafene, è generalmente noto con il nome di "grafene bianco". Le proprietà avanzate del nitruro di boro lo rendono ideale per l'elettronica e le comunicazioni radar. Si presenta sotto forma di cristalli incolori o di polvere bianca.
Proprietà del nitruro di boro
Come indica il nome, il nitruro di boro ha atomi di boro e azoto in ogni loro struttura essenziale. Il diverso reticolo è la ragione di ciò che è distinto Proprietà del nitruro di boroL'H-BN presenta una struttura di copertura. Pertanto, questa ceramica avanzata è generalmente adatta come isolante e lubrificante.
Al contrario del nitruro di boro cubico, il c-BN è più duro e possiede una struttura simile al diamante. È estremamente resistente all'ossidazione. Il c-BN è il secondo materiale più duro, seguito dal diamante. La wurtzite è un'altra forma strutturale di BN, più dura del nitruro di boro cubico.
Il nitruro di boro possiede anche altre proprietà chiave rilevanti. Grazie alla sua elevata conduttività termica, viene utilizzato principalmente nei componenti di dissipazione del calore nelle installazioni elettroniche. Rimane inerte agli acidi, agli alcali o ai componenti fusi. I valori di densità h-BN e c-BN sono rispettivamente di circa 2,1 g/cm³ e 3,5 g/cm³.
Poiché la loro costante dielettrica è compresa in un intervallo apprezzabile, eccellono come isolanti elettrici. Il nitruro di boro ha anche punti di fusione elevati, nell'intervallo di 2900 °C o più, e rimane intatto in condizioni di temperatura estreme.
Compositi di nitruro di boro formati tramite produzione strategica
La scienza moderna ha portato all'invenzione di diversi Compositi di nitruro di boroAlcuni di questi sono ZS-Nitruro di Boro, ALN-Nitruro di Boro e BO-Nitruro di Boro. Ogni composito è studiato per applicazioni distinte, in base alle sue proprietà e funzionalità. Informazioni dettagliate sui diversi Compositi di nitruro di boro e le loro applicazioni sono riportate di seguito.
Composito ZS-BN
Come suggerisce il nome, ZSBN è BN composito Una combinazione di carburo di silicio e zirconia con nitruro di boro. L'aggiunta di zirconia e SiC ha sostanzialmente migliorato la durezza e la resistenza all'usura del BN convenzionale. Un ulteriore pregio dello ZSBN è la sua stabilità chimica e termica che lo rende ideale per applicazioni elettroniche o ad alta potenza. Il composito BN di zirconia e SiC può anche fungere da dissipatore di calore.
Compositi BN – ALN
BN-ALN è un BN composito Composto da nitruro di boro e nitruro di alluminio. Questo composito presenta elevata stabilità termica, resistenza e conduttività. Questi compositi sono utilizzati principalmente nella produzione di accessori per semiconduttori, componenti isolanti e per la realizzazione di ingranaggi e cuscinetti. Le proprietà meccaniche includono estrema durezza e rigidità.
BN – BO composito
Il composito BN-BO è costituito da BN miscelato con ossido di boro. Il costituente principale del composito BN è il BN, che costituisce la maggior parte del materiale. Il BN-BO possiede un'elevata stabilità termica, resistenza agli urti e offre un'elevata stabilità chimica. Viene utilizzato per produrre materiali resistenti alle alte temperature e funziona in ambienti difficili, come gli ugelli.
Gradi di ceramica al nitruro di boro
Di seguito sono riportati i tipi di compositi ceramici BN per una migliore comprensione.
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Nome del grado |
BN – BO |
BN – ALN |
ZSBN |
BN 99 |
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Costituzione |
H-BN>98% |
BN + ALN |
h-BN – 45%
ZrO2 – 45% Borosilicato – 10% |
h-BN > 99% |
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Proprietà |
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Applicazione |
Calchi in metallo | Semiconduttori e materiali isolanti | Ugelli e componenti soggetti ad elevata usura | Crogiolo e altri materiali lavorabili |
La costante dielettrica del nitruro di boro
costante dielettrica è anche nota come permittività relativa, che è un fattore che determina il comportamento dei materiali nei campi elettrici. costante dielettrica ci dice fino a che punto un materiale può immagazzinare energia soggetto al campo elettrico applicato. Generalmente, il costante dielettrica Il valore del nitruro di boro è compreso tra 3 e 5. Questa proprietà lo rende un isolante migliore nelle applicazioni elettroniche.
Cos'è un materiale dielettrico?
UN materiale dielettrico ha una debole conduttività termica. Non ha componenti elettronici liberi che aiutano nella trasmissione dell'elettricità. Ma un materiale dielettrico di sicuro possono immagazzinare la carica elettrica che li aiuta a funzionare come isolanti elettrici.
Il BN è adatto come materiale dielettrico Nei componenti elettronici come i condensatori, in quanto è in grado di resistere alle correnti elettriche. Il nitruro di boro è anche un isolante in grado di resistere ad ambienti ad alta temperatura. La struttura del nitruro di boro ha un impatto su vari proprietà dielettriche a causa della configurazione che possiede. Generalmente, gli ingegneri utilizzano diverse tecnologie per modificare il proprietà dielettriche per adattare il nitruro di boro alle applicazioni desiderate.
Regolazione delle proprietà dielettriche dei compositi bn
Metodo di messa a punto delle proprietà dielettriche
Come spiegato il proprietà dielettriche del Compositi BN è generalmente funzione della sua microstruttura e composizione. Nella microcomposizione essenziale di un composito, l'uniformità nella dispersione del BN riduce la perdita dielettrica. Gli altri riempitivi come SiC e AlN migliorano l'effetto delle proprietà nel reticolo principale. I principali fattori di regolazione sono i seguenti:
- L'allineamento dei nanosfogli nel composito contribuisce a ridurre i valori di tan. Ciò è attribuito alla variazione morfologica.
- La costituzione del riempitivo aiuta a variare la conduttività termica e le proprietà di isolamento elettrico
- La polarizzazione e le perdite persistenti possono essere ridotte al minimo controllando la porosità o i difetti all'interfaccia.
- Il composito BN di migliori valori dielettrici ha dielettrico costanti intorno a 1,3 – 3,6 e perdite dielettriche di circa 0,01 GHz
Sistemi ad alta frequenza e sintonizzazione dielettrica
- I bassi valori di tan sono favorevoli per il PCB elettronico 5G per garantire l'integrità del segnale
- Elevata conduttività termica, minore perdite dielettriche e la resistenza agli urti superiore aiuta nei sistemi di comunicazione wireless o basati su radar
- Stabile costante dielettrica e il comportamento di dissipazione termica è importante quando si tratta di imballaggio elettronico.
Vantaggi della messa a punto delle proprietà dielettriche: alterazioni strutturali o morfologiche
- I riempitivi utilizzati nei compositi BN possono alterare la dimensione e la geometria delle particelle del composito BN. L'orientamento e la forma modificati migliorano il flusso di calore e limitano perdita dielettrica.
- Il metodo di sintesi dei percorsi termici continui nell'ingegneria di rete aiuta nel comportamento isolante dei compositi BN
- Le prestazioni e la stabilità del materiale sono generalmente influenzate dalla minimizzazione dei vuoti e delle discontinuità all'interfaccia
Proprietà dielettriche e compromessi nei sistemi compositi BN
- Il composito BN-ALN garantisce una conduttività termica di circa 320 W/Mk e costante dielettrica il valore è inferiore a 4
- BN – Il composito a base di SiC offre un buon isolamento e una migliore resistenza meccanica
- BN – La zirconia come composito offre una buona resistenza agli shock termici. Controlla anche l' proprietà dielettrica e le relative prestazioni
- La metodologia di allineamento adottata nei compositi BN a base polimerica garantisce una bassa permittività e offre conduzione termica attraverso la geometria reticolare anisotropa.
Conclusione
L'invenzione di I compositi BN hanno ha ampliato la funzionalità della ceramica, rendendola adatta a numerose applicazioni. La messa a punto dei compositi è fondamentale per modificare le proprietà essenziali e adattarle alle applicazioni elettroniche. La messa a punto dielettrica è un aspetto fondamentale per aumentare l'efficienza dei compositi convenzionali.