Chất nền gốm là gì và công dụng của nó?

3) Ứng dụng của vật liệu gốm sứ?

• Điện tử công nghiệp: Nhờ khả năng cách nhiệt và độ bền cao, vật liệu gốm được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp công suất lớn như bộ điều khiển động cơ và máy hàn.
• Năng lượng tái tạo: Trong bộ chuyển đổi điện và bộ điều khiển trong tấm pin mặt trời và tua bin gió, chất nền gốm được kết hợp để quản lý nhiệt hiệu quả trong thiết bị chuyển đổi năng lượng.
• Thiết bị tần số cao: Đối với các mạch RF, ăng-ten và hệ thống truyền thông vi sóng, chất nền gốm là vật liệu phù hợp vì có độ suy hao thấp và ổn định ở giới hạn tần số cao.
• Xe điện (EV): Trong pin xe điện và trạm sạc EV, chất nền PCB bằng gốm hỗ trợ tản nhiệt và cách điện để truyền tải điện hiệu quả và đảm bảo an toàn.
• Đồ điện tử tiêu dùng: Tấm nền gốm gia cố tụ điện và cuộn cảm được sử dụng trong điện thoại thông minh, máy tính xách tay cũng như tivi để cải thiện hiệu suất và khả năng kiểm soát nhiệt.
• Quốc phòng và Quân sự: Bo mạch gốm được lắp trong các hệ thống radar, thông tin liên lạc và tên lửa hiện đại được triển khai khi hiệu suất, độ bền và độ ổn định nhiệt là những nhu cầu cốt lõi.
• Bộ trao đổi nhiệt: Vật liệu gốm cũng được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt cho các ứng dụng công nghiệp do khả năng phục hồi cấu trúc của chúng trong điều kiện mài mòn ở nhiệt độ cao và ăn mòn.
• Công nghệ chiếu sáng: Bên cạnh đèn LED, tấm nền PCB gốm còn được tích hợp vào hệ thống chiếu sáng như đèn halogen và các thiết bị chiếu sáng khác nhằm mục đích tản nhiệt hiệu quả.

4) Ưu điểm của vật liệu nền gốm?

+ Thiết kế nhỏ gọn: Tạo điều kiện cho việc bố trí tiết kiệm không gian thông qua việc sử dụng các mạch điện tử có mật độ cao hơn.

+ Cách điện: Việc sử dụng điện an toàn với điện trở suất trong khoảng từ 10^12 đến 10^16 Ohm cm.

+ Độ bền: Những vật liệu này có độ bền cơ học từ 350-400 MPa và có khả năng chống chịu được các tác nhân ăn mòn và mài mòn.

+ Độ dẫn nhiệt cao: Đạt giá trị độ dẫn nhiệt khoảng 200 W/mK, cho thấy khả năng truyền nhiệt đáng kể.

+ Khả năng chịu nhiệt độ cao: Dễ dàng sử dụng ở những khu vực có nhiệt độ cao vì giới hạn trên có thể lên tới 2.000 độ C.

+ Độ giãn nở nhiệt thấp: Để chịu được sự thay đổi nhiệt độ, chúng có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, giúp chúng không bị nứt.

+ Bền vững về mặt môi trường: Phần lớn vật liệu gốm được sử dụng trong thiết bị điện tử có độc tính thấp và thân thiện với môi trường hơn các vật liệu khác.

+ Độ tin cậy theo thời gian: Chất nền gốm cho thấy hành vi nhất quán ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt như chênh lệch nhiệt độ. Do đó, tuổi thọ của các thiết bị điện tử được tăng lên.

+ Khả năng kháng hóa chất: Nhờ không chứa vật liệu hữu cơ, chất nền gốm có khả năng chống ăn mòn hóa học và các yếu tố môi trường cao, giúp tăng độ tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt.

5) Hạn chế của vật liệu gốm?

- Độ giòn: Mặc dù có độ dẫn nhiệt thấp, nhưng các chất nền gốm giòn có thể dễ dàng bị vỡ dưới tác dụng của lực. Độ bền gãy của chúng có thể ước tính khoảng 4-5 MPa·m¹/², thấp hơn nhiều so với kim loại.

– Chi phí cao: Vật liệu nền gốm thường có chi phí đơn vị cao hơn các lựa chọn/vật liệu nền khác, cao gấp 3-4 lần so với các vật liệu khác.

– Độ phức tạp của quá trình xử lý: Những thách thức liên quan đến việc sản xuất chất nền gốm bao gồm yêu cầu về nhiệt độ xử lý tế bào cao trong khoảng 1500–1600 °C.

– Thiếu tính linh hoạt: Gốm sứ cứng và không phù hợp với những trường hợp cần uốn cong hoặc làm mềm gốm sứ.

– Xử lý rủi ro: Do độc tính, một số đồ gốm được coi là nguy hiểm và chỉ có thể xử lý một cách thận trọng.

– Cân nặng: Mật độ cao khoảng 3,95 g/cm³ của chúng là một bất lợi khi thực hiện các thiết kế có trọng lượng nhẹ vì chúng khá nặng.

– Khả năng chống sốc nhiệt thấp: Nếu nhiệt độ thay đổi đột ngột do độ bền sốc nhiệt thấp, hiện tượng nứt hoặc gãy có thể xảy ra.

– Chi phí sản xuất và thời gian tăng lên rất nhiều vì gốm sứ rất khó gia công và đòi hỏi các công cụ chuyên dụng để làm.