قصة نجاح العميل
الأداء العالي من خلال الدقة:ضمان الجودة في إنتاج السيراميك التقني
قصة نجاح العميل من قبل فريق المختبر في قسم الابتكار والتكنولوجيا في مجموعة سيرامتيك
يقدم السيراميك التقني العديد من الفوائد. ولكي يتم استخدامها بشكل موثوق، يجب اختبار جودة المواد. وقد اعتمدت شركة CeramTec على خبرة شركة NETZSCHفي هذا المجال لسنوات عديدة - سواء في مشاريع التطوير أو في عملية التصنيع أو في الإنتاج المتسلسل، فإن أجهزة التحليل NETZSCH قيد الاستخدام المستمر.
الاختلافات في السيراميك عالي الأداء
يغطي مصطلح "السيراميك المتطور" مجموعة واسعة من المواد الخزفية المختلفة والمتخصصة للغاية في بعض الأحيان ذات الخصائص الميكانيكية والحرارية والكيميائية الحيوية والكهربائية الفريدة من نوعها - ومجموعات من هذه المواد. يمكن التمييز بين ثلاث مجموعات large من المواد: سيراميك السيليكات وسيراميك الأكسيد والسيراميك غير الأكسيد. يتكون سيراميك السيليكات بشكل أساسي من مواد خام طبيعية مع أكسيد الألومنيوم. يشمل سيراميك الأكسيد المواد القائمة على أكاسيد المعادن. يشير السيراميك غير الأكسيد إلى مجموعة المواد الخزفية القائمة على مركبات الكربون والنيتروجين والسيليكون. تعتمد المجموعة التي تنتمي إليها المادة selectعلى التطبيق المحدد والمتطلبات الناتجة عن المادة.
ركائز السيراميك: المكونات الرئيسية للتطبيقات الإلكترونية
الركيزة هي المادة الأساسية لحامل الدائرة، والتي تتوفر لها مواد مختلفة. نظرًا لخصائصها الكهربائية والحرارية والميكانيكية والميكانيكية والعازلة والكيميائية، تُستخدم الركائز المصنوعة من السيراميك عالي الأداء في العديد من الصناعات ومجالات التطبيق - على سبيل المثال في كهربة المركبات والتنقل الإلكتروني والصناعة وتوليد الطاقة. CeramTec هو متجر أوروبي شامل لجميع ركائز السيراميك الشائعة: أكسيد الألومنيوم ونتريد الألومنيوم وأكسيد الألومنيوم المعزز بأكسيد الزركونيوم وأكسيد الزركونيوم، واعتبارًا من عام 2024، نيتريد السيليكون أيضًا. لكل ركيزة خصائص مختلفة (انظر الشكل 1). نيتريد الألومنيوم، على سبيل المثال، لديه موصلية حرارية عالية بشكل خاص تبلغ 170 واط/(م-ك)، مما يؤثر على الخواص الميكانيكية والكهربائية للركيزة الخزفية. وتعني الموصلية الحرارية العالية، على سبيل المثال، انخفاض الحرارة الناتجة عن التيار التفاعلي في إلكترونيات الطاقة وانخفاض تبديد الحرارة بشكل متجانس ومستمر. هذه هي الخصائص المطلوبة بشكل خاص في الإلكترونيات عالية الأداء، كما هو الحال في صناعة أشباه الموصلات، حيث يكون الهدف هو توليد أقصى قدر من الطاقة في أقل مساحة ممكنة. يجب تبديد الحرارة المتولدة بسرعة وبشكل موثوق. تقوم CeramTec بتصنيع ركائز السيراميك ومعالجتها باستخدام طرق مختلفة اعتمادًا على التطبيق والمواد والهندسة والكمية - يتم ختمها أو ختمها بالليزر أو الضغط الجاف.
خلق الابتكارات وضبط الجودة
يقوم قسم الابتكار والتكنولوجيا في CeramTec بالبحث المستمرarches وتطوير المواد وعمليات التصنيع للمنتجات الجديدة. يركز قسم تطبيقات الأشرطة والركائز على تطوير ركائز سيراميك جديدة وتحسينها. ومن الأمثلة الناجحة على ذلك: توفر مادة AIN HP الجديدة (نيتريد الألومنيوم عالي الأداء) قوة انثناء أعلى بكثير من مواد الركيزة الأخرى مع الحفاظ على خصائصها الحرارية. وهي مناسبة بشكل خاص للتحميل المستمر في وحدات الطاقة وتستخدم في توليد الطاقة وتوزيعها وكهربة المركبات ومحولات الطاقة في بناء مركبات السكك الحديدية. يعد الاختبار المستمر في المختبر جزءًا أساسيًا من أعمال البحثarch وأعمال التطوير التي يقوم بها الفريق. أولاً، يتم توصيف المواد الخام والكتل الخزفية المنتجة منها. بعد عملية التشكيل، يتم تحديد المعلمات الحرارية للأشرطة الخضراء. ويتبع ذلك إجراء قياسات على الركيزة الملبدة. واعتمادًا على القياس، يمكن أن تكون هذه القياسات معقدة وتستغرق ما يصل إلى 36 ساعة.
ومع ذلك، لا يتم إجراء القياسات لمشاريع التطوير فقط؛ ففي مراقبة الجودة، فهي أيضًا جزء من عملية التصنيع أو إصدار السلسلة. على سبيل المثال، يتم اختبار الركائز من حيث التوصيل الحراري أو قوة العزل الكهربائي: يجب أن تتوافق العينات المقاسة مع القيم القياسية النموذجية للمادة. هذا لأن هناك شيء واحد مهم جدًا بالنسبة لشركة CeramTec: أن يكون العملاء قادرين على الاعتماد على منتجاتهم التي تتميز بخصائص المواد المتفق عليها.
نظرة ثاقبة في المختبر: التحليل الحراري لعين العين
عندما يتعلق الأمر بقياس الخواص الحرارية، يعتمد الفريق على خبرة NETZSCH. وقد أدت التجارب الإيجابية المستمرة وقرب المواقع والخدمة الممتازة إلى استخدام المزيد والمزيد من تكنولوجيا القياس NETZSCH. يوضح الشكل 4 نظرة عامة على التكنولوجيا المستخدمة في التحليل الحراري.
كما ذكرنا سابقًا، تؤثر الموصلية الحرارية على الخواص الميكانيكية والكهربائية للركيزة الخزفية. للتحقق من ذلك، يتم اختبار الانتشار الحراري أولاً. وهي تشير إلى مدى سرعة تفاعل المادة مع تغير درجة الحرارة وهي خاصية تعتمد على المادة. تقوم CeramTec باختبار الانتشار الحراري لركائز السيراميك مثل AIN في المختبر باستخدام جهاز NETZSCH LFA 447Nanoflash. ولتحقيق هذه الغاية، يقوم فريق المختبر بإعداد عينة الاختبار بالشكل المحدد لجهاز الاختبار وتغليفها بالجرافيت. ويمكن بعد ذلك قياس التوصيلية في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 20 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية.
يوضح الشكلان 5أ و5ب مقارنة بين زيادة الحرارة بمرور الوقت بعد تطبيق الطاقة على سيراميك الأكسيد (الشكل 5أ) وسيراميك النيتريد (الشكل 5ب): الزيادة الحرارية أعلى في سيراميك النيتريد. يمكن بعد ذلك حساب الموصلية الحرارية من الانتشار الحراري المقاس وكذلك السعة الحرارية النوعية وكثافة المادة:
بالنسبة لسيراميك نيتريد الألومنيوم، ينتج عن ذلك توصيل حراري يزيد عن 170 وات/(م-ك)، اعتمادًا على نوع المادة. واعتمادًا على التطبيق، يتطلب السيراميك إما توصيلًا حراريًا منخفضًا أو عاليًا. خاصةً في حالة أشباه موصلات الطاقة، التي تولد درجات حرارة عالية، يجب تبديد الحرارة بسرعة وموثوقية.
يتضمن التحليل الحراري أيضًا مراعاة معامل التمدد الحراري (معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة كدالة لدرجة الحرارة.CTE). يشير التمدد الحراري إلى كيفية تغير الأبعاد الهندسية للجسم مع درجة الحرارة. هذه المعرفة مهمة لحساب عدم التطابق الحراري في تركيبات المواد، على سبيل المثال. كما أن التحديد الدقيق لمعامل التمدد الحراري معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE/CTE)يصف معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) التغير في طول المادة كدالة لدرجة الحرارة.CTE مهم أيضًا في مجال التمعدن والتعبئة والتغليف لمعرفة التفاوتات في الأبعاد الخارجية للركيزة على سبيل المثال. يحدد CeramTec معامل التمدد الحراري للمواد الملبدة في المختبر باستخدام NETZSCH DIL 402 E و DIL 402 Expedis أجهزة قياس التمدد الحراري. يمكن فحص التمدد الحراري لجسم السيراميك في نطاق درجة حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية. وبالإضافة إلى ذلك، توفر أجهزة قياس التمدد القدرة على إجراء القياسات تحت أجواء مختلفة - مثل الهواء أو النيتروجين أو الأرجون - عن طريق التحكم في الغاز. وهذا أمر مهم للتمكن من إجراء القياسات في نطاق درجات الحرارة العالية، على سبيل المثال. ويوفر برنامج التحليل Proteus® الدعم في تقييم منحنى القياس وتحديد التمدد الحراري في قطاعات درجات الحرارة المختلفة.
يُعد قياس الثيرموغرافيات الحرارية أيضًا جزءًا من التحليل الحراري. وهو يُستخدم في المقام الأول لفحص التفاعلات الطاردة للحرارة والماصة للحرارة وكذلك تغيرات الوزن في المواد الخام (المساحيق والمواد الرابطة والمواد العضوية) تحت الهواء وفي الأشرطة الخضراء تحت الهواء أو النيتروجين. تستخدم CeramTec العديد من أنظمة NETZSCH STA لهذه القياسات.
تصف السعة الحرارية كيفية تغير درجة الحرارة المقاسة للجسم بالنسبة لكمية الحرارة المضافة إليه. وتحدد CeramTec ذلك بالنسبة للمواد الملبدة باستخدام NETZSCH DSC 300 Caliris®.
ومن المهام المختبرية الأخرى فيما يتعلق بالمعلمات الحرارية هي زيادة نمو عملية الإنتاج، حيث يصف منحنى درجة الحرارة درجة حرارة الفرن وبالتالي درجة حرارة عملية التلبيد. على سبيل المثال، يمكن استخدام مقياس التمدد لتحديد خطوات التلبيد.
جاهز لأفضل أداء في الأداء العالي
وبحلول الوقت الذي تغادر فيه الركيزة الإنتاج في CeramTec، تكون قد خضعت لاختبارات مكثفة: فهي جاهزة للاستخدام في التطبيقات الكهربائية عالية التقنية وللاستفادة من مزاياها الخاصة بالمواد. إن التحاليل المختبرية ضرورية ليس فقط لمراقبة الجودة، ولكن أيضًا لتطوير منتجات مبتكرة جديدة. NETZSCH شريك مهم لشركة CeramTec في هذا الصدد.
أعزائي فريق مختبر Ceramtec - شكرًا جزيلاً لكم على الأفكار المثيرة للاهتمام في بحثكمarcح. يسعدنا أن نساهم بأجهزتنا التحليلية أيضًا في المستقبل.