KISAH SUKSES PELANGGAN
Kinerja Tinggi melalui Presisi:Jaminan Kualitas dalam Produksi Keramik Teknis
Kisah Sukses Pelanggan oleh Tim Laboratorium di Departemen Inovasi dan Teknologi CeramTec Group
Keramik teknis menawarkan banyak manfaat. Agar dapat digunakan dengan andal, kualitas bahan harus diuji. CeramTec telah mengandalkan keahlian NETZSCHdalam hal ini selama bertahun-tahun - baik dalam proyek pengembangan, dalam proses manufaktur atau dalam produksi seri, NETZSCH analyzer selalu digunakan.
Perbedaan Keramik Berkinerja Tinggi
Istilah "keramik canggih" mencakup berbagai macam bahan keramik yang berbeda, terkadang sangat terspesialisasi dengan sifat mekanik, termal, bio-kimia, dan elektrik yang unik - dan kombinasi dari semuanya. Perbedaan dapat dibuat antara tiga large kelompok bahan: Keramik silikat, keramik oksida, dan keramik non-oksida. Keramik silikat terutama terdiri dari bahan baku alami yang dikombinasikan dengan aluminium oksida. Keramik oksida termasuk bahan yang terbuat dari oksida logam. Keramik non-oksida mengacu pada kelompok bahan keramik yang didasarkan pada senyawa karbon, nitrogen, dan silikon. Kelompok dari mana suatu bahan dipilih tergantung pada aplikasi spesifik dan persyaratan yang dihasilkan untuk bahan tersebut.
Substrat Keramik: Komponen Utama untuk Aplikasi Elektronik
Substrat adalah bahan dasar pembawa sirkuit, yang terdiri dari berbagai macam bahan. Karena sifat listrik, termal, mekanik, isolasi, dan kimianya, substrat yang terbuat dari keramik berkinerja tinggi digunakan di berbagai industri dan area aplikasi - misalnya dalam elektrifikasi kendaraan, mobilitas elektronik, industri, dan pembangkit listrik. CeramTec adalah toko serba ada di Eropa untuk semua substrat keramik yang umum: aluminium oksida, aluminium nitrida, aluminium oksida yang diperkuat zirkonium oksida, zirkonium oksida, dan mulai tahun 2024, juga silikon nitrida. Setiap substrat memiliki sifat yang berbeda (lihat gambar 1). Aluminium nitrida, misalnya, memiliki Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang sangat tinggi yaitu 170 W/(m-K), yang memengaruhi sifat mekanik dan listrik substrat keramik. Konduktivitas termal yang tinggi berarti, misalnya, bahwa panas yang dihasilkan oleh arus reaktif dalam elektronika daya berkurang dan pembuangan panas secara homogen dan konstan berkurang. Ini adalah sifat-sifat yang sangat dibutuhkan terutama dalam elektronik berkinerja tinggi, seperti dalam industri semikonduktor, di mana tujuannya adalah untuk menghasilkan daya maksimum dalam ruang minimum. Panas yang dihasilkan harus dihilangkan dengan cepat dan andal. CeramTec memproduksi dan memproses substrat keramik dengan menggunakan metode yang berbeda tergantung pada aplikasi, bahan, geometri dan kuantitas - mereka dicap, dilaser atau dipres kering.
Menciptakan Inovasi, Mengendalikan Kualitas
Bagian Inovasi dan Teknologi CeramTec secara terus menerus meneliti dan mengembangkan bahan dan proses manufaktur untuk produk baru. Departemen Aplikasi Pita dan Substrat berfokus pada pengembangan substrat keramik baru dan pengoptimalannya. Salah satu contoh yang berhasil: AIN HP (Aluminium Nitride High Performance) yang baru menawarkan kekuatan lentur yang jauh lebih tinggi dibandingkan bahan substrat lainnya dengan tetap mempertahankan sifat termalnya. Material ini sangat cocok untuk pemuatan kontinu pada modul daya dan digunakan pada pembangkit dan distribusi daya, elektrifikasi kendaraan, dan konverter daya pada konstruksi kendaraan kereta api. Pengujian berkelanjutan di laboratorium merupakan bagian penting dari pekerjaan penelitian dan pengembangan tim. Pertama, bahan baku dan massa keramik yang dihasilkan dari bahan baku tersebut dikarakterisasi. Setelah proses pembentukan, parameter termal pita hijau ditentukan. Hal ini diikuti dengan pengukuran pada substrat yang disinter. Tergantung pada pengukurannya, ini bisa menjadi rumit dan memakan waktu hingga 36 jam.
Pengukuran tidak hanya dilakukan untuk proyek pengembangan saja; dalam kontrol kualitas, pengukuran juga merupakan bagian dari proses manufaktur atau rilis seri. Sebagai contoh, substrat diuji untuk mengetahui Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal atau kekuatan dielektriknya: Sampel yang diukur harus sesuai dengan nilai standar yang umum untuk bahan tersebut. Ini karena satu hal yang sangat penting bagi CeramTec: Bahwa pelanggan dapat mengandalkan produk mereka yang memiliki sifat material yang telah disepakati.
Wawasan tentang Laboratorium: Analisis Termal AIN
Dalam hal pengukuran sifat termal, tim mengandalkan keahlian dari NETZSCH. Pengalaman positif yang konsisten, kedekatan lokasi dan layanan yang sangat baik telah menyebabkan penggunaan teknologi pengukuran NETZSCH semakin banyak. Gambaran umum teknologi yang digunakan untuk analisis termal ditunjukkan pada gambar 4.
Seperti yang sudah disebutkan, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal memiliki pengaruh pada sifat mekanis dan elektris substrat keramik. Untuk menyelidiki hal ini, pertama-tama Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal diuji. Ini menunjukkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu dan merupakan properti yang bergantung pada bahan. CeramTec menguji Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal untuk substrat keramik seperti AIN di laboratorium dengan menggunakan NETZSCH LFA 447Nanoflash. Untuk tujuan ini, tim laboratorium menyiapkan spesimen uji ke format yang ditentukan untuk perangkat uji dan melapisinya dengan grafit. Konduktivitas kemudian dapat diukur dalam kisaran suhu dari 20°C hingga 300°C.
Gambar 5a dan 5b menunjukkan perbandingan peningkatan panas dari waktu ke waktu setelah penerapan energi pada keramik oksida (gbr. 5a) dan keramik nitrida (gbr. 5b): Peningkatan panas lebih tinggi untuk keramik nitrida. Konduktivitas termal kemudian dapat dihitung dari Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal yang diukur serta Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik dan densitas material:
Untuk keramik aluminium nitrida, hal ini menghasilkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal lebih dari 170 W/(m-K), tergantung pada jenis materialnya. Tergantung pada aplikasinya, keramik memerlukan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang rendah atau tinggi. Khususnya dalam kasus semikonduktor daya, yang menghasilkan suhu tinggi, panas harus dihilangkan dengan cepat dan andal.
Analisis termal juga mencakup pertimbangan koefisien muai panas (Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE). Ekspansi termal menunjukkan bagaimana dimensi geometris suatu benda berubah dengan suhu. Pengetahuan ini penting untuk menghitung ketidaksesuaian termal dalam kombinasi material, misalnya. Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE yang ditentukan dengan tepat juga penting untuk metalisasi dan pengemasan untuk mengetahui toleransi dimensi luar substrat, misalnya. CeramTec menentukan koefisien muai panas bahan yang disinter di laboratorium dengan menggunakan NETZSCH DIL 402 E dan DIL 402 Expedis® dilatometer. Pemuaian termal benda keramik dapat diselidiki pada kisaran suhu hingga 2000°C. Selain itu, dilatometer menawarkan kemampuan untuk melakukan pengukuran di bawah atmosfer yang berbeda - seperti udara, nitrogen, atau argon - melalui kontrol gas. Hal ini penting untuk dapat melakukan pengukuran dalam kisaran suhu tinggi, misalnya. Perangkat lunak analisis Proteus® memberikan dukungan dalam mengevaluasi kurva pengukuran dan menentukan ekspansi termal dalam segmen suhu yang berbeda.
Pengukuran termogravimetri juga merupakan bagian dari analisis termal. Hal ini terutama digunakan untuk investigasi reaksi EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik dan EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik serta perubahan berat bahan baku (serbuk, pengikat dan bahan organik) di bawah udara dan dalam pita hijau di bawah udara atau nitrogen. Berbagai sistem STA NETZSCH digunakan oleh CeramTec untuk pengukuran ini.
Kapasitas panas menggambarkan bagaimana suhu yang diukur dari sebuah benda berubah dalam kaitannya dengan jumlah panas yang ditambahkan padanya. CeramTec menentukan hal ini untuk bahan yang disinter menggunakan NETZSCH DSC 300 Caliris®.
Tugas laboratorium lain sehubungan dengan parameter termal adalah untuk menumbuhkan proses produksi, karena kurva suhu menggambarkan suhu tungku dan dengan demikian proses SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. sintering. Sebagai contoh, dilatometer dapat digunakan untuk menentukan langkah SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. sintering.
Siap untuk Performa Terbaik
Pada saat substrat meninggalkan produksi di CeramTec, substrat tersebut telah diuji secara ekstensif: siap untuk digunakan dalam aplikasi listrik berteknologi tinggi dan untuk dimanfaatkan keunggulan spesifik materialnya. Analisis laboratorium sangat penting tidak hanya untuk kontrol kualitas, tetapi juga untuk pengembangan produk inovatif baru. NETZSCH adalah mitra penting bagi CeramTec dalam hal ini.
Tim Lab Ceramtec yang terhormat - Terima kasih banyak atas wawasan yang menarik dalam pekerjaan penelitian Anda. Kami dengan senang hati akan berkontribusi dengan perangkat analitik kami di masa depan.