O logotipo da CeramTec e o gráfico "Customer Success Stories" enfatizam as soluções inovadoras em cerâmica para aplicações de alto desempenho.

História de sucesso do cliente

Alto desempenho por meio da precisão:Garantia de qualidade na produção de cerâmicas técnicas

Uma história de sucesso de cliente da equipe de laboratório do Departamento de Inovação e Tecnologia do Grupo CeramTec

As cerâmicas técnicas oferecem muitos benefícios. Para que possam ser usadas de forma confiável, a qualidade dos materiais deve ser testada. A CeramTec confia na experiência da NETZSCHhá muitos anos - seja em projetos de desenvolvimento, no processo de fabricação ou na produção em série, os analisadores da NETZSCH estão em uso constante.

Diversos setores que utilizam as cerâmicas técnicas avançadas da CeramTec para aplicações de alto desempenho em energia, automotivo e ferroviário.
Figura 1: A CeramTec desenvolve e produz cerâmicas técnicas para clientes em uma ampla gama de setores
Diferenças entre as cerâmicas de alto desempenho

O termo "cerâmica avançada" abrange uma ampla gama de materiais cerâmicos diferentes, às vezes altamente especializados, com propriedades mecânicas, térmicas, bioquímicas e elétricas exclusivas, além de combinações dessas propriedades. É possível fazer uma distinção entre três grupos de materiais large: Cerâmicas de silicato, cerâmicas de óxido e cerâmicas sem óxido. As cerâmicas de silicato consistem principalmente em matérias-primas de ocorrência natural combinadas com óxido de alumínio. As cerâmicas de óxido incluem materiais baseados em óxidos metálicos. As cerâmicas sem óxido referem-se ao grupo de materiais cerâmicos baseados em compostos de carbono, nitrogênio e silício. O grupo do qual um material é selected depende da aplicação específica e dos requisitos resultantes para o material.

Os materiais cerâmicos apresentam diversas propriedades, incluindo condutividade térmica, força e resistência à corrosão, vitais para aplicações de alta tecnologia.
Figura 2: Os materiais cerâmicos apresentam propriedades mecânicas, térmicas, bioquímicas e elétricas exclusivas

Substratos de cerâmica: Componentes-chave para aplicações eletrônicas

Um substrato é o material básico de um suporte de circuito, para o qual existem vários materiais disponíveis. Devido às suas propriedades elétricas, térmicas, mecânicas, isolantes e químicas, os substratos feitos de cerâmica de alto desempenho são usados em vários setores e áreas de aplicação - por exemplo, na eletrificação de veículos, mobilidade eletrônica, indústria e geração de energia. A CeramTec é um balcão único europeu para todos os substratos cerâmicos comuns: óxido de alumínio, nitreto de alumínio, óxido de alumínio reforçado com óxido de zircônio, óxido de zircônio e, a partir de 2024, também nitreto de silício. Cada substrato tem propriedades diferentes (veja a figura 1). O nitreto de alumínio, por exemplo, tem uma Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica particularmente alta, de 170 W/(m-K), que afeta as propriedades mecânicas e elétricas do substrato de cerâmica. Uma alta Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica significa, por exemplo, que o calor gerado pela corrente reativa na eletrônica de potência é reduzido e que a dissipação de calor é homogênea e constantemente reduzida. Essas propriedades são muito procuradas principalmente em eletrônicos de alto desempenho, como no setor de semicondutores, em que o objetivo é gerar o máximo de energia em um espaço mínimo. O calor gerado deve ser dissipado de forma rápida e confiável. A CeramTec fabrica e processa substratos cerâmicos usando diferentes métodos, dependendo da aplicação, do material, da geometria e da quantidade - eles são estampados, prensados a laser ou prensados a seco.

Visão geral dos materiais de substrato para aplicações eletrônicas, destacando a condutividade térmica e a confiabilidade em vários mercados.
Figura 3: Visão geral dos materiais de substrato para mercados específicos

Criação de inovações, controle de qualidade

A Seção de Inovação e Tecnologia da CeramTec pesquisa continuamentearches e desenvolve materiais e processos de fabricação para novos produtos. O Departamento de Aplicações de Fitas e Substratos se concentra no desenvolvimento de novos substratos cerâmicos e em sua otimização. Um exemplo bem-sucedido: O novo AIN HP (Nitreto de Alumínio de Alto Desempenho) oferece resistência à flexão significativamente maior do que outros materiais de substrato e, ao mesmo tempo, mantém suas propriedades térmicas. Ele é particularmente adequado para carga contínua em módulos de energia e é usado na geração e distribuição de energia, eletrificação de veículos e conversores de energia na construção de veículos ferroviários.arcOs testes contínuos em laboratório são uma parte essencial do trabalho de desenvolvimento da equipe. Primeiro, as matérias-primas e as massas cerâmicas produzidas a partir delas são caracterizadas. Após o processo de modelagem, são determinados os parâmetros térmicos das fitas verdes. Em seguida, são feitas medições no substrato sinterizado. Dependendo da medição, elas podem ser complexas e levar até 36 horas.

No entanto, as medições não são realizadas apenas para projetos de desenvolvimento; no controle de qualidade, elas também fazem parte do processo de fabricação ou do lançamento em série. Por exemplo, os substratos são testados quanto à sua Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica ou resistência dielétrica: As amostras medidas devem corresponder aos valores padrão típicos do material. Isso ocorre porque uma coisa é muito importante para a CeramTec: Que os clientes possam confiar em seus produtos com as propriedades de material acordadas.

Informações sobre o laboratório: Análise térmica de AIN

Quando se trata de medir propriedades térmicas, a equipe conta com o conhecimento especializado da NETZSCH. Experiências consistentemente positivas, a proximidade dos locais e o excelente serviço levaram ao uso de cada vez mais tecnologia de medição da NETZSCH. Uma visão geral da tecnologia usada para análise térmica é mostrada na figura 4.

Visão geral dos instrumentos analíticos NETZSCH para análise térmica usados no controle de qualidade da CeramTec GmbH, destacando as técnicas de medição.
Figura 4: Visão geral dos instrumentos analíticos do NETZSCH e das tarefas de medição associadas na CeramTec GmbH

Como já mencionado, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica influencia as propriedades mecânicas e elétricas de um substrato de cerâmica. Para investigar isso, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica é testada primeiro. Ela indica a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura e é uma propriedade que depende do material. A CeramTec testa a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica de substratos cerâmicos, como o AIN, em laboratório, usando o NETZSCH LFA 447Nanoflash. Para isso, a equipe do laboratório prepara a amostra de teste no formato especificado para o dispositivo de teste e a reveste com grafite. A condutividade pode então ser medida em uma faixa de temperatura de 20°C a 300°C.

Substrato de nitreto de alumínio que apresenta alta condutividade térmica, essencial para a dissipação eficiente de calor em eletrônicos avançados.
Figura 5: Nitreto de alumínio
Gráfico de aumento de calor ao longo do tempo para cerâmicas de óxido, mostrando a resposta térmica após a aplicação de energia.
Figura 5a: Gradiente de aumento de calor ao longo do tempo após a aplicação de energia em uma cerâmica de óxido
Padrão de aumento de calor ao longo do tempo para cerâmica de nitreto, destacando a condutividade térmica em aplicações de alto desempenho.
Figura 5b: Gradiente de aumento de calor ao longo do tempo após a aplicação de energia em uma cerâmica de nitreto

Para as cerâmicas de nitreto de alumínio, isso resulta em condutividades térmicas acima de 170 W/(m-K), dependendo do tipo de material. Dependendo da aplicação, a cerâmica requer baixa ou alta Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica. Especialmente no caso de semicondutores de potência, que geram altas temperaturas, o calor deve ser dissipado de forma rápida e confiável.

A análise térmica também inclui a consideração do coeficiente de expansão térmica (Coeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE). A expansão térmica indica como as dimensões geométricas de um corpo mudam com a temperatura. Esse conhecimento é importante para calcular a incompatibilidade térmica em combinações de materiais, por exemplo. Um Coeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE determinado com precisão também é importante para a metalização e a embalagem, a fim de conhecer as tolerâncias das dimensões externas de um substrato, por exemplo. A CeramTec determina o coeficiente de expansão térmica de materiais sinterizados em laboratório usando os dilatômetros NETZSCH DIL 402 E e DIL 402 Expedis dilatômetros. A expansão térmica de um corpo cerâmico pode ser investigada na faixa de temperatura de até 2000°C. Além disso, os dilatômetros oferecem a possibilidade de realizar medições em diferentes atmosferas, como ar, nitrogênio ou argônio, por meio do controle de gás. Isso é importante para que seja possível realizar medições na faixa de alta temperatura, por exemplo. O software de análise Proteus® oferece suporte na avaliação da curva de medição e na determinação da expansão térmica em diferentes segmentos de temperatura.

Homem sorridente em um terno, irradiando confiança e profissionalismo, adequado para perfis corporativos ou de negócios.
Figura 6: Alteração na expansão da cerâmica de óxido em função da temperatura. O coeficiente corresponde à inclinação da curva. Com valores de 6,9 a 8,3 [10-6/K], ele está de acordo com os valores típicos de uma cerâmica.

A medição termogravimétrica também faz parte da análise térmica. Ela é empregada principalmente para a investigação de reações exotérmicas e endotérmicas, bem como de alterações de peso em matérias-primas (pós, aglutinantes e materiais orgânicos) ao ar e em fitas verdes ao ar ou nitrogênio. Vários sistemas NETZSCH STA são usados pela CeramTec para essas medições.

A capacidade térmica descreve como a temperatura medida de um corpo muda em relação à quantidade de calor adicionada a ele. A CeramTec determina isso para materiais sinterizados usando o NETZSCH DSC 300 Caliris®.

Outra tarefa do laboratório em relação aos parâmetros térmicos é o crescimento excessivo do processo de produção, pois a curva de temperatura descreve a temperatura do forno e, portanto, a do processo de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização. Por exemplo, o dilatômetro pode ser usado para determinar as etapas de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização.

Pronto para o melhor desempenho

Quando um substrato deixa a produção na CeramTec, ele já foi amplamente testado: está pronto para ser usado em aplicações elétricas de alta tecnologia e para que as vantagens específicas de seu material sejam utilizadas. As análises laboratoriais são essenciais não apenas para o controle de qualidade, mas também para o desenvolvimento de novos produtos inovadores. O site NETZSCH é um importante parceiro da CeramTec nesse sentido.

Prezada equipe de laboratório da Ceramtec - Muito obrigado pelas interessantes informações sobre o seu trabalho de pesquisaarch. Teremos prazer em contribuir com nossos dispositivos analíticos também no futuro.

Compartilhe esta história:

AI Overview
An error occurred. Please try again.