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.
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.
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.
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.
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.
As figuras 5a e 5b mostram uma comparação do aumento de calor ao longo do tempo após a aplicação de energia a uma cerâmica de óxido (fig. 5a) e a uma cerâmica de nitreto (fig. 5b): O aumento de calor é maior para a cerâmica de nitreto. 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 pode então ser calculada a partir da 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 medida, bem como da capacidade térmica específica e da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade do material:
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.
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.