Kompozyty na bazie BN i ich stała dielektryczna: szczegółowy przegląd

Azotek boru zyskuje coraz większą uwagę ze względu na postępy w komunikacji bezprzewodowej nowej generacji. Niższa wartość stałe dielektryczne a odpowiednia najmniejsza strata sprawia, że wyróżniają się w inżynierii elektroniki wysokiej częstotliwości. Tutaj próbujemy zbadać różne aspekty BN- kompozyty i parametry dielektryczne.

Ogólne zrozumienie azotku boru

Azotek boru to nietoksyczny materiał ogniotrwały, który jest zasadniczo bezbarwny, oferujący dużą odporność termiczną i niską gęstość. Ponieważ ich struktura jest niemal jak diament lub grafen, są one powszechnie znane pod nazwą „biały grafen”. Zaawansowane właściwości azotku boru sprawiają, że idealnie nadają się do elektroniki i komunikacji radarowej. Występują w postaci kryształów, które są bezbarwne, lub w postaci białego proszku.

Właściwości azotku boru

Jak wskazuje nazwa, azotek boru ma atomy boru i azotu w każdej swojej niezbędnej strukturze. Różna sieć jest powodem odmiennego Właściwości azotku boru. H-BN wykazuje strukturę okrywającą. Stąd ta zaawansowana ceramika jest ogólnie odpowiednia jako izolatory i środki smarne.

W przeciwieństwie do sześciennego azotku boru, c-BN jest twardszy i posiada strukturę podobną do diamentu. Są one niezwykle odporne na utlenianie. c-BN jest drugim najtwardszym materiałem, zaraz po diamencie. Wurcyt jest inną strukturalną formą BN, która jest twardsza niż sześcienny azotek boru.

Azotek boru ma również inne istotne kluczowe właściwości. Ze względu na wysoką przewodność cieplną są one głównie stosowane w elementach odprowadzających ciepło w instalacjach elektronicznych. Pozostają obojętne na kwasy, zasady lub stopione elementy. Wartość gęstości h-BN i c-BN wynosi około 2,1 g/cm3 i 3,5 g/cm3.

Ponieważ ich stała dielektryczna mieści się w znacznym zakresie, są doskonałymi izolatorami elektrycznymi. Azotek boru ma również wysokie temperatury topnienia w zakresie 2900 stopni Celsjusza lub więcej i pozostaje nienaruszony w ekstremalnych warunkach temperaturowych.

Kompozyty azotku boru powstają w wyniku strategicznej produkcji

Współczesna nauka doprowadziła do wynalezienia wielu Kompozyty azotku boru. Niektóre z nich to ZS- azotek boru, ALN- azotek boru i BO – azotek boru. Każdy kompozyt jest przeznaczony do odrębnych zastosowań, w zależności od jego właściwości i funkcjonalności. Szczegółowe informacje na temat różnych Kompozyty azotku boru a ich zastosowania podano poniżej.

Kompozyt ZS-BN

Jak sama nazwa wskazuje, ZSBN to Kompozyt BN połączenie węglika krzemu i cyrkonii z azotkiem boru. Dodanie cyrkonii i SiC zasadniczo poprawiło twardość i odporność na zużycie konwencjonalnego BN. Dodatkową zaletą ZSBN jest jego stabilność chemiczna i termiczna, co czyni go idealnym do zastosowań elektronicznych lub dużej mocy. Kompozyt BN wykonany z cyrkonii i SiC może również działać jako radiator.

Kompozyty BN – ALN

BN-ALN jest Kompozyt BN wykonany z azotku boru i azotku glinu. Ten kompozyt ma wysoką stabilność termiczną, odporność i przewodność. Te kompozyty są zasadniczo używane w produkcji akcesoriów półprzewodnikowych, części izolacyjnych oraz do produkcji kół zębatych i łożysk. Właściwości mechaniczne obejmują ekstremalną twardość i sztywność.

BN – BO kompozyt

Kompozyt BN-BO zawiera BN zmieszany z tlenkiem boru. Głównym składnikiem kompozytu BN jest BN zawierający 98% w większości materiału. BN-BO posiada wysoką stabilność termiczną, odporność na wstrząsy i oferuje wysoką stabilność chemiczną. Jest stosowany do produkcji materiałów wytrzymujących wysokie temperatury i działa w trudnych warunkach, takich jak dysze.

Gatunki ceramiki azotku boru

Dla ułatwienia poniżej podano rodzaje kompozytów ceramicznych BN.

Stała dielektryczna azotku boru

Stała dielektryczna znana jest również jako względna przenikalność elektryczna, która określa zachowanie się materiałów w polach elektrycznych. Stała dielektryczna mówi nam o tym, w jakim stopniu materiał może magazynować energię pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Generalnie, stała dielektryczna wartość azotku boru mieści się w przedziale od 3 do 5. Ta właściwość sprawia, że jest on lepszym izolatorem w zastosowaniach elektronicznych.

Czym jest materiał dielektryczny?

A materiał dielektryczny ma słabą przewodność cieplną. Brakuje mu swobodnie poruszającej się elektroniki wspomagającej transmisję prądu. Ale materiał dielektryczny z pewnością mogą magazynować ładunek elektryczny, co pomaga im działać jako izolatory elektryczne.

BN nadaje się jako materiał dielektryczny w elementach elektronicznych, takich jak kondensatory, ponieważ jest w stanie oprzeć się prądom elektrycznym. Azotek boru to również izolatory, które mogą radzić sobie z środowiskami o wysokiej temperaturze. Struktura azotku boru ma wpływ na różne właściwości dielektryczne ze względu na posiadaną konfigurację. Zazwyczaj inżynierowie wykorzystują kilka technologii, aby zmodyfikować właściwości dielektryczne aby dopasować azotek boru do żądanych zastosowań.

Strojenie właściwości dielektrycznych kompozytów bn

Metoda strojenia właściwości dielektrycznych

Jak wyjaśniono właściwości dielektryczne z Kompozyty BN jest ogólnie funkcją jej mikrostruktury i składu. W podstawowym mikrokompozycji kompozytu jednorodność w dyspergowaniu BN zmniejsza stratę dielektryczną. Inne wypełniacze, takie jak SiC i AlN, wzmocnią efekt właściwości w głównej sieci. Wybitne czynniki dostrajające są następujące:

• Wyrównanie nanoarkuszków w kompozycie pomaga zmniejszyć wartości opalenizny. Jest to przypisywane zmienności morfologii.
• Skład wypełniacza pomaga w zmianie przewodności cieplnej i właściwości izolacyjnych elektrycznych
• Polaryzację i straty trwałe można zminimalizować poprzez kontrolowanie porowatości i defektów na styku.
• Kompozyt BN o lepszych wartościach dielektrycznych ma właściwości dielektryczne stałe około 1,3 – 3,6 i straty dielektryczne około poniżej 0,01 GHz

Systemy wysokiej częstotliwości i strojenie dielektryczne

• Niskie wartości tangensa są korzystne dla elektronicznych płytek PCB 5G, zapewniając integralność sygnału
• Wysoka przewodność cieplna, mniejsza straty dielektryczne i wyższa odporność na wstrząsy pomagają w systemach komunikacji bezprzewodowej lub opartej na radarze
• Stabilny stała dielektryczna a zachowanie w zakresie rozpraszania ciepła ma duże znaczenie w przypadku pakowania urządzeń elektronicznych.

Korzyści ze strojenia właściwości dielektrycznych – zmiany strukturalne lub morfologiczne

• Wypełniacze stosowane w kompozytach BN mogą zmieniać wielkość cząstek i geometrię kompozytu BN. Zmieniona orientacja i kształt poprawiają przepływ ciepła i ograniczają strata dielektryczna.
• Metoda syntezy ciągłych ścieżek cieplnych w inżynierii sieciowej pomaga w zachowaniu izolacyjnym kompozytów BN
• Na wydajność i stabilność materiału wpływa się zazwyczaj poprzez minimalizację pustych przestrzeni i nieciągłości na styku

Właściwości dielektryczne i kompromisy w systemach kompozytowych BN

• Kompozyt BN-ALN zapewnia przewodność cieplną na poziomie około 320 W/Mk i stała dielektryczna wartość jest mniejsza niż 4
• Kompozyt BN – na bazie SiC zapewnia dobrą izolację i lepszą wytrzymałość mechaniczną
• BN – Cyrkonia jako kompozyt zapewnia dobrą odporność na szok termiczny. Kontroluje również właściwość dielektryczna i jego powiązana wydajność
• Metodologia wyrównywania przyjęta w kompozytach BN na bazie polimerów zapewnia niską przenikalność elektryczną. Zapewnia przewodnictwo cieplne poprzez anizotropową geometrię sieci.

Wniosek

Wynalazek Kompozyty BN mają eskalowano funkcjonalność ceramiki, czyniąc ją odpowiednią do wielu zastosowań. Strojenie kompozytów jest bardzo wymagane w celu istotnej zmiany właściwości, aby dopasować je do zastosowań w elektronice. Strojenie dielektryczne jest przedmiotem zwiększenia wydajności konwencjonalnego kompozytu.