Электрические свойства технической керамики
Технические керамические материалы широко используются в силовой электронике, полупроводниковом оборудовании, автомобильных системах и высоковольтных приложениях благодаря своим выдающимся электрическим свойствам. В отличие от металлов, проводящих электричество, большинство современных керамических материалов обладают превосходными электрическими характеристиками.
теплоизоляция в сочетании с термической и механической стабильностью.
Понимание электрических свойств технической керамики имеет важное значение при проектировании компонентов для высоковольтной изоляции, высокочастотных цепей и корпусирования силовых модулей.
👉 Для более полного обзора керамических материалов вы можете обратиться к нашей основной статье. Техническая керамика страница.
Основные электрические свойства технической керамики
Среди всех электрических свойств технической керамики четыре параметра имеют особенно важное значение:
• Электрическое сопротивление
• Диэлектрическая прочность
• Диэлектрическая постоянная
• Диэлектрические потери
Эти свойства определяют изоляционные характеристики, устойчивость к напряжению и качество сигнала.
1. Электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление описывает сопротивление материала протеканию электрического тока и обычно выражается в Ом·см.
Типичные значения удельного объемного сопротивления:
• Оксид алюминия: 10¹⁴ Ом·см
• Диоксид циркония: 10¹² Ом·см
• Нитрид кремния: 10¹⁴–10¹⁵ Ом·см
• Нитрид алюминия: ссшхх10¹⁴ Ом·см
Высокое электрическое сопротивление обеспечивает надежную изоляцию даже при повышенных температурах и влажности. Для получения информации о высокоизоляционных материалах см.Алюмокерамика икерамика на основе нитрида кремния.
2. Диэлектрическая прочность
Диэлектрическая прочность — это максимальное электрическое поле, которое материал может выдержать до возникновения электрического пробоя. Обычно она измеряется в кВ/мм.
Типичная диэлектрическая прочность:
• Оксид алюминия: 16–22 кВ/мм
• Нитрид алюминия: 17 кВ/мм
• Диоксид циркония: 9–12 кВ/мм
Высокая диэлектрическая прочность имеет решающее значение для:
• IGBT-модули
• Компоненты высоковольтных реле
• Корпуса предохранителей
• Подложки силовых устройств
3. Диэлектрическая постоянная
Диэлектрическая постоянная (εr) измеряет способность материала накапливать электрическую энергию в электрическом поле.
Типичные значения диэлектрической постоянной:
• Оксид алюминия: 9–10
• Нитрид алюминия: 9
• Цирконий: 29
• Нитрид кремния: 8-9
Стабильная диэлектрическая постоянная необходима для радиочастотных подложек, компонентов датчиков и контроля целостности сигнала.
4. Диэлектрические потери
Диэлектрические потери (тангенс угла диэлектрических потерь tan δ) показывают рассеивание энергии в диэлектрическом материале при воздействии переменного электрического поля.
Низкие диэлектрические потери важны для:
• Высокочастотные схемы
• микроволновые системы
• радиочастотные модули
Технические керамические материалы с низкими диэлектрическими потерями обеспечивают стабильную работу в высокочастотных электронных системах.
Электрические характеристики основных технических керамических материалов
Оксид алюминия (Al₂O₃)
Оксид алюминия является одним из наиболее широко используемых изоляционных керамических материалов благодаря сбалансированным электрическим свойствам, характерным для технических керамических материалов, хорошей диэлектрической прочности и стабильному удельному сопротивлению в широком диапазоне температур.
Типичные области применения:
• Керамические подложки
• Изоляторы
• Корпуса предохранителей
• Высоковольтные компоненты
👉 Более подробная информация на нашем сайте. Алюмокерамикастраница.
Нитрид алюминия (AlN)
Нитрид алюминия сочетает в себе высокую электрическую изоляцию и очень высокую теплопроводность, что делает его идеальным материалом для силовой электроники и систем терморегулирования.
• Типичные области применения:
• Подложки IGBT
• Светодиодные теплоотводы
• силовые модули
👉 Видеть керамика на основе нитрида алюминия Для получения подробных технических характеристик.
Нитрид кремния (Si₃N₄)
Нитрид кремния обеспечивает превосходную изоляцию в сочетании с высокой механической надежностью. Он широко используется в высоконадежных силовых модулях и автомобильной электронике.
👉 Видеть керамика на основе нитрида кремния Для получения подробных технических характеристик.
Диоксид циркония (ZrO₂)
Диоксид циркония обеспечивает умеренную электрическую изоляцию и обычно выбирается в тех случаях, когда механическая прочность важнее диэлектрических характеристик.
👉 Видеть Диоксид циркония Керамика Для получения подробных технических характеристик.
Связь с другими категориями свойств керамики
Хотя эта страница посвящена электрическим свойствам технической керамики, выбор материала также зависит от следующих факторов:
• Механические свойства керамики (прочность, ударная вязкость)
• Физические свойства (тепловое расширение, теплопроводность, плотность)
• Химическая стойкость
Для всесторонней оценки ознакомьтесь со следующими материалами:
👉 Механические свойства керамики
👉 Физические свойства технической керамики
👉 Применение технической керамики
В совокупности эти категории свойств определяют полный профиль эксплуатационных характеристик современных керамических материалов.
Заключение
Электрические свойства технической керамики, включая электрическое сопротивление, диэлектрическую прочность, диэлектрическую постоянную и диэлектрические потери, обеспечивают надежную изоляцию и управление сигналами в высокопроизводительных электронных системах.Тщательно оценив условия напряжения, требования к частоте и тепловые ограничения, инженеры могут выбрать керамические материалы, обеспечивающие долговременную электрическую надежность и стабильность системы.
