Dengan perkembangan pembuatan jentera ke arah alumina seramik ketepatan tinggi dan kelajuan tinggi, skop aplikasi galas menjadi lebih luas dan lebih luas, dan keperluan untuk prestasi galas menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi. Terutama dalam beberapa persekitaran kerja khas, galas logam tidak dapat memenuhi keperluan, atau bahkan berfungsi sepenuhnya. Bahan-bahan seramik telah menjadi bahan yang ideal untuk galas ketepatan pembuatan berkelajuan tinggi kerana ketumpatan rendah mereka, modulus elastik yang tinggi, pekali pengembangan linear kecil, rintangan haus, rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan dan sifat-sifat lain yang sangat baik.
1. Kelebihan dan ciri -ciri seramik silikon nitrida
Walaupun silikon nitrida bukanlah yang paling sukar dan paling sukar dalam seramik perindustrian, ia dianggap mempunyai sifat mekanikal dan fizikal yang terbaik dalam aplikasi galas yang memerlukan prestasi tinggi. Sekarang mari kita lihat kelebihan silikon nitrida berbanding dengan bahan galas lain.
Perbandingan Prestasi Lima Bahan Bahan Seramik Alumina
Rintangan haba
Secara amnya, apabila suhu perkhidmatan galas keluli melebihi 120 ℃, kekerasan dan kehidupan rolling akan berkurangan. Silicon nitride mempunyai ciri -ciri suhu yang baik, terutamanya sesuai untuk persekitaran suhu tinggi.
daya sentrifugal
Ketumpatan silikon nitrida adalah kira -kira 3.24 × 103kg/m3, manakala ketumpatan keluli galas adalah kira -kira 7.8 × 103 kg/m3, yang hanya kira -kira 40% daripada ketumpatan keluli galas, jadi apabila elemen rolling menggunakan galas, Galas ini boleh menghalang peningkatan beban elemen rolling yang disebabkan oleh daya sentrifugal apabila berputar pada kelajuan tinggi.
Pekali pengembangan linear
Pekali pengembangan linear silikon nitrida adalah kira -kira 1/4 daripada keluli galas, jadi saiz berubah dengan suhu adalah kecil, jadi ia bermanfaat untuk digunakan dalam persekitaran dengan perubahan suhu yang besar.
Kekerasan, pekali keanjalan, nisbah Poisson
Kerana pekali elastik silikon nitrida adalah kira -kira 1.5 kali dari keluli galas, ubah bentuk elastik beban relatif adalah kecil dan ketegaran beban relatif tinggi.
Rintangan kakisan, bukan magnetik, penebat
Apabila galas keluli digunakan untuk jentera yang digunakan dalam peralatan jentera kimia, makanan, marin dan jabatan lain, kakisan adalah masalah. Dalam persekitaran magnet yang kuat, apabila galas keluli digunakan, serbuk halus yang dipakai dari galas itu sendiri diserap di antara elemen rolling dan permukaan rolling, yang akan menjadi sebab utama bagi kerosakan pramatang dan peningkatan bunyi.
2. Penyediaan galas seramik silikon nitrida
Proses penyediaan silikon nitrida seramina seramik seramik galas
Penyediaan serbuk seramik silikon nitrida
Serbuk silikon nitrida untuk bahagian galas hendaklah mempunyai ciri -ciri penting berikut: kesucian tinggi; Zarah yang sangat seragam dan halus; α kandungan fasa tinggi. Kaedah yang paling sesuai untuk menyediakan serbuk silikon nitrida adalah kaedah nitridasi pengurangan carbothermal, dengan formula tindak balas 3SiO2+6c+2n2 = Si3n4+6co. Serbuk yang diperolehi dengan kaedah ini mempunyai kekotoran logam yang kurang, kesucian tinggi dan zarah halus, kandungan fasa tinggi α, memenuhi keperluan bahan untuk bahagian galas.
Membentuk bahagian berkaitan seramik silikon nitrida
Terdapat banyak kaedah penyediaan silikon nitride seramik yang berkaitan dengan bahagian, seperti reaksi sintering, sintering menekan panas, sintering tanpa tekanan dan sintering reaksi sekunder. Untuk mendapatkan bahan silikon nitrida yang padat, kaedah menekan isostatik panas adalah ideal.
Pemesinan bahagian berkaitan seramik silikon nitrida
Pemesinan bahagian -bahagian berkaitan seramik silikon nitrida pada dasarnya sama dengan bahagian -bahagian keluli yang mengandungi, dan mekanisme pengisaran pada dasarnya sama. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh perbezaan yang besar antara pelbagai sifat silikon nitrida dan keluli, terdapat perbezaan yang besar dalam alat pengisaran, faktor pemprosesan, campuran pengisaran, dan sebagainya. , bentuk, kuantiti, kekuatan, ciri -ciri penghancuran, ciri -ciri haus, dan sebagainya. Pada masa ini, abrasives yang digunakan terutamanya termasuk silikon karbida, boron karbida, serbuk berlian, dll.
Perhimpunan silikon nitrida seramik
Secara amnya, galas rolling terdiri daripada empat bahagian utama, iaitu cincin luar, cincin dalaman, elemen rolling dan sangkar. Memandangkan terdapat sepuluh kategori galas rolling, pelbagai jenis galas mengamalkan bentuk sangkar yang berbeza, jadi kaedah perhimpunan galas juga berbeza.
Silicon nitride seramik galas, sebagai komponen asas mekanikal yang penting, memimpin jalan dalam dunia material baru kerana ciri -ciri yang sangat baik yang galas lain tidak dapat dipadankan. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, dalam bidang aeroangkasa, navigasi, industri nuklear, petroleum, industri kimia, industri tekstil ringan, jentera, metalurgi, kuasa elektrik, makanan, lokomotif, kereta bawah tanah, alat mesin berkelajuan tinggi, penyelidikan saintifik, pertahanan dan teknologi tentera , dan lain-lain, galas seramik silikon nitrida semakin diiktiraf sebagai pengganti yang sangat diperlukan di bawah keadaan kerja khas seperti suhu tinggi, kelajuan tinggi, sejuk, mudah terbakar, letupan, kakisan yang kuat, vakum, penebat elektrik, bukan magnetik, geseran kering, dan sebagainya.
Ciri -ciri substrat seramik silikon nitrida:
Dengan pengurangan peralatan elektronik berprestasi tinggi dan komponennya, pelesapan haba telah menjadi faktor utama yang mempengaruhi prestasi dan kebolehpercayaan. Oleh kerana fluks haba yang tinggi akan membawa kepada kemerosotan prestasi dan kehidupan yang dipendekkan, di antara pelbagai teknologi pelesapan haba, sistem radiator adalah bahagian -bahagian seramik zirkonia yang berguna dan mudah untuk miniaturisasi, kerana ia boleh menjadi sebahagian daripada sistem pembungkusan mikroelektronik.
Substrat seramik LED
Seperti yang kita ketahui, haba yang dihasilkan semasa operasi peranti semikonduktor adalah faktor utama yang menyebabkan kegagalan peranti semikonduktor, dan kekonduksian terma substrat penebat elektrik adalah kunci kepada pelesapan haba keseluruhan peranti semikonduktor. Radiator terdiri daripada lapisan litar logam dan substrat seramik, seperti aluminium nitrida, silikon nitrida, karbida silikon dan aluminium oksida. Di antara substrat seramik ini, silikon nitrida dianggap menjanjikan kerana kekonduksian terma yang sangat baik (60-90W/mk), kekuatan mekanikal yang tinggi (650-850 MPa) dan pekali pengembangan yang rendah. Malah, substrat seramik silikon nitrida biasanya didepositkan pada substrat melalui proses tembaga ikatan langsung (DBC) dan penyaduran tembaga langsung (DPC). DBC mencapai lekatan yang dipertingkatkan dengan interlocking mekanikal antara filem logam yang disimpan pada suhu tinggi dan substrat, manakala DPC mencapai lekatan yang dipertingkatkan dengan membentuk lapisan benih dengan pemendapan vakum.
Di samping itu, disebabkan oleh persekitaran mekanikal yang kompleks seperti pergolakan dan getaran, bahan substrat dengan kebolehpercayaan mekanikal tertentu juga diperlukan. Silicon nitride substrat seramik agak seimbang dalam semua aspek dan merupakan bahan seramik struktur dengan prestasi komprehensif yang terbaik. Oleh itu, silikon nitrida mempunyai daya saing yang kuat dalam bidang pembuatan substrat seramik untuk peranti elektronik.
Substrat seramik nitrida aluminium
Pada masa lalu, substrat litar adalah bahan planar yang terdiri daripada komponen diskret atau litar bersepadu dan komponen diskret untuk memenuhi keperluan fungsi litar keseluruhan. Ia hanya memerlukan penebat elektrik dan kekonduksian. Selepas memasuki Zaman Maklumat Pintar, peralatan elektronik kuasa juga dikehendaki dapat menukar dan mengawal tenaga elektrik, yang sangat meningkatkan keperluan elektrik dan keperluan penukaran kuasa peralatan serta penggunaan kuasa operasi. Oleh itu, substrat biasa tidak lagi dapat memenuhi keperluan yang tinggi untuk mengurangkan rintangan terma peranti kuasa kompleks, mengawal suhu kerja dan memastikan kebolehpercayaan, dan substrat seramik dengan prestasi yang lebih baik mesti diganti.
Mengikut keperluan prestasi peranti elektronik pada substrat seramik, bahan substrat hendaklah mempunyai sifat berikut:
1. Penebat yang baik dan rintangan flange seramik yang baik;
2. Kekonduksian terma yang tinggi: Kekonduksian terma secara langsung mempengaruhi keadaan kerja dan hayat perkhidmatan semikonduktor. Bidang suhu yang tidak sekata yang disebabkan oleh pelesapan haba yang lemah juga akan meningkatkan bunyi alat elektronik;
3. Koefisien pengembangan haba dengan bahan lain yang digunakan dalam pakej;
4. Ciri -ciri frekuensi tinggi, pemalar dielektrik rendah, kehilangan dielektrik rendah;
5. Permukaan licin dan ketebalannya seragam, yang mudah untuk mencetak litar di permukaan substrat dan memastikan ketebalan seragam litar bercetak;
Substrat seramik
Pada masa ini, bahan substrat seramik yang paling banyak digunakan adalah terutamanya aluminium oksida dan aluminium nitrida. Bagaimanakah silikon nitride dibandingkan dengan prestasinya? Jadual berikut menunjukkan bahawa tiga bahan substrat seramik mempunyai kelebihan yang jelas, terutamanya rintangan suhu tinggi bahan substrat seramik silikon nitrida di bawah keadaan suhu tinggi, inertness kimia kepada logam, kekerasan ultra tinggi, ketangguhan patah dan sifat mekanik yang lain.
Oleh kerana silikon nitrida sangat baik, mengapa ia masih jarang digunakan di pasaran? Di manakah peluang pembangunannya?
Malah, setiap tiga bahan mempunyai kelebihan dan kekurangannya. Sebagai contoh, walaupun kekonduksian terma aluminium oksida adalah miskin dan tidak dapat bersaing dengan trend pembangunan semikonduktor kuasa tinggi, proses pembuatannya matang dan kosnya rendah, jadi masih ada permintaan yang besar dalam bidang rendah . Kekonduksian terma aluminium nitrida paling sesuai dengan bahan semikonduktor. Ia boleh digunakan dalam industri mewah, tetapi prestasi mekanikalnya adalah miskin, mempengaruhi kehidupan peranti semikonduktor, dan kos penggunaannya tinggi. Silicon Nitride adalah yang terbaik dalam prestasi yang komprehensif, tetapi ambang masuk adalah tinggi.
Pada masa ini, banyak institusi penyelidikan saintifik domestik dan perusahaan sedang belajar, tetapi teknologi sukar, kos pengeluarannya tinggi, pasarannya kecil, dan aplikasi berskala besar belum muncul. Ini juga sebab mengapa banyak perusahaan masih menunggu untuk melihat dan tidak membuat keputusan untuk meningkatkan pelaburan. Tetapi sekarang keadaannya berbeza, kerana dunia telah memasuki tempoh kritikal untuk pembangunan semikonduktor generasi ketiga. Silicon nitride substrat seramik mempunyai produk matang di Amerika Syarikat dan Jepun. China mempunyai jalan panjang untuk pergi dalam hal ini.
Mengapa seramik silikon nitrida sesuai untuk beruang?
2023 07/03