Funktionella egenskaper och tillämpningar av elektronisk isolerande keramik
Elektronisk isolerande keramik, även känd som isolerande keramik eller högfrekventa keramiska isolatorer, spelar en avgörande roll i moderna elektriska och elektroniska system. Denna keramik används främst för att isolera ledare fysiskt, vilket förhindrar oönskat strömläckage som kan störa kretsfunktionen eller orsaka totalt systemfel. Utöver elektrisk isolering ger denna keramik viktigt mekaniskt stöd, värmeavledning och miljöskydd för kretskomponenter.
Till skillnad från vanliga material bibehåller elektroniska keramiska isolatorer sina dielektriska, mekaniska och kemiska egenskaper även under förhöjda temperaturer, vilket säkerställer långsiktig tillförlitlighet i krävande miljöer.
Viktiga funktioner hos elektroniska keramiska isolatorer
Inom elektronikindustrin används isolerande keramik i stor utsträckning i ett brett spektrum av produkter, inklusive:
▶ Substrat och förpackningsmaterial för elektroniska kretsar
▶ Rörkontakter och kopplingar för vakuumrör och högfrekvenskontakter
▶ Brytkomponenter, trimmerstöd, kopplingsplintar och spolformare
▶ Skyddsrör och keramiska isoleringshylsor för vakuumanordningar, termostater och reläer
Deras funktioner sträcker sig bortom isolering och inkluderar montering, fixering, strukturellt stöd och elektrisk anslutning. Till exempel, i elfordon (EV) används aluminiumoxidisolerande keramik med metalliserad tätning i reläer, säkringar, batterikontakter med mera.
Typer och egenskaper hos isolerande elektronisk keramik
Baserat på kemisk sammansättning kan isolerande keramik delas in i två huvudkategorier:
Oxidisolerande keramik:såsom aluminiumoxidkeramik, talkkeramik, forsteritkeramik och berylliumoxidkeramik
Oxidfri isolerande keramik:inklusive aluminiumnitrid, bornitrid och kiselnitrid
För att fungera effektivt som en elektronisk keramisk isolator måste ett material uppvisa följande väsentliga egenskaper:
| Egendom | Krav |
| Hög dielektrisk hållfasthet | Tål hög spänning |
| Låg dielektrisk förlust | Effektiv för högfrekventa |
| Hög volymresistivitet | Utmärkt isolering |
| Värmeledningsförmåga | Effektiv värmeavledning |
| Termisk expansionsmatchning | Kompatibel med ledarmaterial |
| Mekanisk hållfasthet | Motstå mekanisk stress |
| Kemisk stabilitet | Motstå nedbrytning i tuffa miljöer |
Talkbaserad högfrekvent isolerande keramik
Talkkeramik, utvunnen från naturlig talk (3MgO·4SiO₂·H₂O), erbjuder låg dielektrisk förlust och används ofta i:
▶ Högfrekventa spolformare och omkopplare
▶ Keramiska axlar och motståndssubstrat
▶ Högspännings- och trimmerkondensatorer med liten kapacitet
Dess utmärkta termiska chockbeständighet och överkomliga pris gör den idealisk för högohmiga komponenter.
Aluminakeramik som isolerande elektronisk keramik
Aluminiumkeramisk isolator är ett av de mest använda materialen i elektroniska applikationer, inklusive:
▶ Keramiska höljen för vakuumkondensatorer och mikrovågsrör
▶ Keramiska fönster i kraftmikrovågsöverföring
▶ Substrat för flerskiktskablage och IC-kapslingar
▶ Vakuumbrytare, tyristorer och annan kraftelektronik
Både vit och röd aluminiumoxidkeramik används, där röd aluminiumoxid vanligtvis innehåller CrO₂ för färgning. I elfordon används metalliserade aluminiumoxidkeramikkomponenter i allt större utsträckning i reläer, säkringar och batterikontakter.
Jämfört med strukturell aluminiumoxidkeramik kräver aluminiumoxidkeramik av isolerande kvalitet överlägsna elektriska egenskaper, inklusive:
▶ Låg dielektrisk förlust
▶ Hög genombrottsspänning
▶ Hög resistivitet
Därför måste innehållet av envärda jonföroreningar (t.ex. Na₂O, K₂O) kontrolleras strikt för att förhindra försämring av den elektriska prestandan.
95 % aluminiumoxidkeramik: Branschstandarden
Det vanligaste materialet är 95 % eller 96 % aluminiumoxidkeramik, vilket balanserar elektrisk och mekanisk prestanda med lägre tillverkningskostnad, vilket gör det lämpligt för massproduktion. Det innehåller också mindre glasfaser, vilket underlättar metallisering och hermetisk tätning – ett viktigt krav inom elektronik.
Användningsområden inkluderar:
▶ Högpresterande vakuumrör där hög hållfasthet och hög isolering är avgörande
▶ Vakuumkondensatorer, med genombrottsspänningar ~10 gånger högre än luftkondensatorer
▶ Mikrovågsrör och energiöverföringsfönster med 95–99 % aluminiumoxid
▶ Vakuumbrytare i effektbrytare för elnät och industriella system
▶ Keramiska vakuumrör, bestående av isolerande keramiska höljen med inbäddade elektroder
Användningsområden inom LED-belysning och elektriska apparater
Aluminiumkeramiska isolatorer är också avgörande i LED-belysning, där de fungerar som keramiska lamphållare och kretskortssubstrat (se figur 5 och 6). Deras värmeledningsförmåga och elektriska isolering säkerställer lång livslängd och tillförlitlighet. Keramiska lamphållare (figur 7) i elektriska ljuskällor är en annan vanlig tillämpning.
Fordonsapplikationer: Keramisk tändstiftsisolator
En av de viktigaste tillämpningarna av elektroniskt isolerande keramik inom fordonsindustrin är den keramiska tändstiftsisolatorn.
Den keramiska tändstiftsisolatorn är vanligtvis tillverkad av aluminiumoxidkeramik på grund av dess:
▶ Hög dielektrisk hållfasthet
▶ Utmärkt motståndskraft mot termisk chock
▶ Motståndskraft mot förbränningsgaser och vibrationer
▶ Hög mekanisk hållfasthet och elektrisk isolering
▶ Dessa egenskaper säkerställer stabil tändning av förbränningsmotorer under tuffa förhållanden. Med övergången till bränsleeffektiva och högpresterande motorer fortsätter efterfrågan på keramiska tändstiftsisolatorer att växa.
Isolerande elektronisk keramik är avgörande för moderna elektriska och elektroniska system. Från traditionella vakuumrör och mikrovågsenheter till nästa generations elfordon och biltändningssystem möjliggör material som aluminiumoxidkeramikisolator, talkkeramik och keramisk tändstiftsisolator säker, stabil och effektiv drift. Med sina utmärkta dielektriska, termiska och mekaniska egenskaper kommer dessa material att förbli nyckeln till att utveckla högspännings-, högfrekventa och högtemperaturapplikationer.
