Boornitride krijgt veel aandacht vanwege de volgende generatie ontwikkelingen in draadloze communicatie. De lagere waarde van diëlektrische constanten en het bijbehorende minimale verlies zorgt ervoor dat ze uitblinken in de hoogfrequente elektronica. Hier proberen we de verschillende aspecten van BN-composieten en de diëlektrische prestaties.
Een algemeen begrip van boornitride
Boornitride is een niet-giftige, kleurloze vuurvaste stof met een hoge thermische weerstand en een lage dichtheid. Omdat hun structuur sterk lijkt op die van diamant of grafeen, worden ze ook wel "wit grafeen" genoemd. De geavanceerde eigenschappen van boornitride maken ze ideaal voor elektronica en radarcommunicatie. Ze worden aangetroffen in de vorm van kleurloze kristallen of in de vorm van wit poeder.
Eigenschappen van boornitride
Zoals de naam al aangeeft, bevat boornitride zowel boor- als stikstofatomen in al hun essentiële structuren. Het verschillende rooster is de reden voor de verschillende eigenschappen. Eigenschappen van boornitrideH-BN vertoont een dekkende structuur. Daarom is deze geavanceerde keramiek over het algemeen geschikt als isolator en smeermiddel.
In tegenstelling tot kubisch boornitride is c-BN harder en heeft het een diamantachtige structuur. Ze zijn extreem oxidatiebestendig. c-BN is het op één na hardste materiaal, gevolgd door diamant. Wurtziet is een andere structurele vorm van BN die harder is dan kubisch boornitride.
Boornitride bezit ook andere relevante belangrijke eigenschappen. Vanwege hun hoge thermische geleidbaarheid worden ze voornamelijk gebruikt in warmteafvoercomponenten in elektronische installaties. Ze blijven inert voor zuren, logen of gesmolten componenten. De dichtheidswaarden h-BN en c-BN liggen rond de 2,1 g/cm³ en 3,5 g/cm³.
Omdat hun diëlektrische constante aanzienlijk is, zijn ze uitstekend geschikt als elektrische isolatoren. Boornitride heeft ook een hoog smeltpunt van 2900 °C of meer en blijft intact onder extreme temperaturen.
Boornitridecomposieten gevormd door strategische productie
De moderne wetenschap heeft geleid tot de uitvinding van verschillende BoornitridecomposietenEnkele daarvan zijn ZS-boornitride, ALN-boornitride en BO-boornitride. Elk composiet is samengesteld voor specifieke toepassingen, afhankelijk van hun eigenschappen en functionaliteit. Gedetailleerde informatie over de verschillende Boornitridecomposieten en hun toepassingen worden hieronder weergegeven.
ZS-BN composiet
Zoals de naam al doet vermoeden, is ZSBN BN-composiet Een combinatie van siliciumcarbide en zirkoniumoxide met boornitride. De toevoeging van zowel zirkoniumoxide als SiC heeft de hardheid en slijtvastheid van conventioneel BN aanzienlijk verbeterd. Een bijkomend voordeel van ZSBN is de chemische en thermische stabiliteit, waardoor het ideaal is voor elektronische of hoogvermogentoepassingen. Het BN-composiet van zirkoniumoxide en SiC kan ook als koellichaam dienen.
BN – ALN-composieten
BN-ALN is een BN-composiet Bestaat uit boornitride en aluminiumnitride. Dit composiet heeft een hoge thermische stabiliteit, weerstand en geleidbaarheid. Deze composieten worden voornamelijk gebruikt bij de productie van halfgeleideraccessoires, isolatieonderdelen en tandwielen en lagers. De mechanische eigenschappen omvatten extreme hardheid en stijfheid.
BN – BO composiet
BN-BO-composiet bestaat uit BN gemengd met booroxide. Het hoofdbestanddeel van BN-composiet is BN, dat het grootste deel van het materiaal bevat: 98%. BN-BO heeft een hoge thermische stabiliteit, schokbestendigheid en biedt een hoge chemische stabiliteit. Het wordt gebruikt voor de productie van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen en werkt in zware omstandigheden, zoals spuitmonden.
Soorten boornitridekeramiek
Ter verduidelijking worden hieronder de BN-keramische composiettypen weergegeven.
|
Naam van de klas |
BN – BO |
BN – ALN |
ZSBN |
BN99 |
|
Grondwet |
H-BN>98% |
BN +ALN |
h-BN – 45%
ZrO2 – 45% Borosilicaat – 10% |
h-BN > 99% |
|
Eigenschappen |
|
|
|
|
|
Sollicitatie |
Metalen afgietsels | Halfgeleiders en isolatiematerialen | Spuitmonden en onderdelen met hoge slijtage | Smeltkroes en andere bewerkbare materialen |
De diëlektrische constante van boornitride
Diëlektrische constante wordt ook wel relatieve permittiviteit genoemd en bepaalt het gedrag van materialen in elektrische velden. Diëlektrische constante vertelt ons over de mate waarin een materiaal energie kan opslaan, afhankelijk van het toegepaste elektrische veld. Over het algemeen geldt: diëlektrische constante De waarde van boornitride ligt in het bereik van 3 tot 5. Deze eigenschap zorgt ervoor dat het beter presteert als isolator in elektronische toepassingen.
Wat is een diëlektrisch materiaal?
A diëlektrisch materiaal heeft een zwakke thermische geleidbaarheid. Het mist vrij bewegende elektronica die helpt bij de elektriciteitsoverdracht. Maar een diëlektrisch materiaal kunnen zeker elektrische lading opslaan, waardoor ze als elektrische isolatoren kunnen functioneren.
De BN is geschikt als diëlektrisch materiaal In elektronische componenten zoals condensatoren, omdat het elektrische stromen kan weerstaan. Boornitride is ook een isolator die bestand is tegen hoge temperaturen. De structuur van boornitride heeft invloed op verschillende diëlektrische eigenschappen vanwege de configuratie die het bezit. Over het algemeen gebruiken ingenieurs verschillende technologieën om de diëlektrische eigenschappen om boornitride in de gewenste toepassingen toe te passen.
Afstemmen van diëlektrische eigenschappen van bn-composieten
Methode voor het afstemmen van diëlektrische eigenschappen
Zoals uitgelegd de diëlektrische eigenschappen van de BN-composieten is over het algemeen een functie van de microstructuur en samenstelling. In de essentiële microsamenstelling van een composiet vermindert de uniformiteit in de verspreiding van BN het diëlektrische verlies. Andere vulstoffen, zoals SiC en AlN, versterken het eigenschapseffect in het hoofdrooster. De belangrijkste afstemmingsfactoren zijn als volgt:
- De nanosheet-uitlijning in het composiet helpt de tan-waarden te verlagen. Dit wordt toegeschreven aan de variatie in morfologie.
- De samenstelling van de vulstof helpt bij het variëren van de thermische geleidbaarheid en de elektrische isolatie-eigenschappen
- Polarisatie en blijvende verliezen kunnen worden geminimaliseerd door de porositeit of defecten op de interface te beheersen.
- Het BN-composiet met betere diëlektrische waarden heeft diëlektrische constanten rond 1,3 – 3,6 en diëlektrische verliezen van rond de 0,01 GHz
Hoogfrequente systemen en de diëlektrische afstemming
- De lage tan-waarden zijn gunstig voor elektronische 5G-printplaten om de signaalintegriteit te garanderen
- Hoge thermische geleidbaarheid, minder diëlektrische verliezen en superieure schokbestendigheid helpt bij draadloze of radargebaseerde communicatiesystemen
- Stabiel diëlektrische constante en thermisch afvoergedrag is belangrijk als het gaat om elektronische verpakkingen.
Voordelen van het afstemmen van diëlektrische eigenschappen – structurele of morfologische veranderingen
- De vulstoffen die in BN-composieten worden gebruikt, kunnen de deeltjesgrootte en -geometrie van BN-composieten veranderen. De gewijzigde oriëntatie en vorm verbeteren de warmtestroom en beperken diëlektrisch verlies.
- De methode voor het synthetiseren van continue thermische paden in netwerktechniek helpt bij het isolerende gedrag van de BN-composieten
- De prestaties en de stabiliteit van het materiaal worden over het algemeen beïnvloed door het minimaliseren van de holtes en discontinuïteiten op de interface
Diëlektrische eigenschappen en afwegingen in BN-composietsystemen
- BN-ALN composiet zorgt voor een thermische geleidbaarheid van ongeveer 320 W/Mk en diëlektrische constante waarde is kleiner dan 4
- BN – SiC-gebaseerd composiet biedt goede isolatie en betere mechanische sterkte
- BN – Zirkonia als composiet biedt een goede thermische schokbestendigheid. Het regelt ook de diëlektrische eigenschap en de bijbehorende prestaties
- De uitlijningsmethode die wordt toegepast in polymeergebaseerde BN-composieten zorgt voor een lage permittiviteit. Het biedt thermische geleiding via de anisotrope roostergeometrie.
Conclusie
De uitvinding van BN Composites heeft De functionaliteit van keramiek is verbeterd, waardoor het geschikt is voor vele toepassingen. Het afstemmen van de composieten is essentieel voor de essentiële eigenschapsaanpassing voor toepassingen in de elektronica. Diëlektrische afstemming is een manier om de efficiëntie van het conventionele composiet te verhogen.