Povestea de succes a clientului
Performanță ridicată prin precizie:Asigurarea calității în producția de ceramică tehnică
O poveste de succes a clientului de către echipa de laborator din cadrul departamentului de inovare și tehnologie al CeramTec Group
Ceramica tehnică oferă multe beneficii. Pentru ca acestea să poată fi utilizate în mod fiabil, calitatea materialelor trebuie testată. CeramTec se bazează de mulți ani pe expertiza NETZSCHîn acest domeniu - fie în proiectele de dezvoltare, în procesul de fabricație sau în producția de serie, analizoarele NETZSCH sunt utilizate în mod constant.
Diferențe în ceramica de înaltă performanță
Termenul "ceramică avansată" acoperă o gamă largă de materiale ceramice diferite, uneori foarte specializate, cu proprietăți mecanice, termice, biochimice și electrice unice - și combinații ale acestora. Se poate face o distincție între trei large grupuri de materiale: Ceramică silicată, ceramică oxidică și ceramică neoxidică. Ceramica silicatată constă în principal din materii prime naturale în combinație cu oxid de aluminiu. Ceramica cu oxizi include materiale pe bază de oxizi metalici. Ceramica non-oxid se referă la grupul de materiale ceramice bazate pe compuși de carbon, azot și siliciu. Grupul din care este selectat un material depinde de aplicația specifică și de cerințele rezultate pentru material.
Substraturi ceramice: Componente cheie pentru aplicații electronice
Un substrat este materialul de bază al unui suport de circuit, pentru care sunt disponibile diverse materiale. Datorită proprietăților lor electrice, termice, mecanice, izolante și chimice, substraturile din ceramică de înaltă performanță sunt utilizate în numeroase industrii și domenii de aplicare - de exemplu în electrificarea vehiculelor, e-mobility, industrie și generarea de energie. CeramTec este un ghișeu unic european pentru toate substraturile ceramice uzuale: oxid de aluminiu, nitrură de aluminiu, oxid de aluminiu ranforsat cu oxid de zirconiu, oxid de zirconiu și, începând cu 2024, și nitrură de siliciu. Fiecare substrat are proprietăți diferite (a se vedea figura 1). Nitrură de aluminiu, de exemplu, are o conductivitate termică deosebit de ridicată, de 170 W/(m-K), care afectează proprietățile mecanice și electrice ale substratului ceramic. O conductivitate termică ridicată înseamnă, de exemplu, că căldura generată de curentul reactiv în electronica de putere este redusă și că disiparea căldurii este redusă în mod omogen și constant. Aceste proprietăți sunt solicitate în special în electronica de înaltă performanță, cum ar fi în industria semiconductorilor, unde obiectivul este de a genera o putere maximă într-un spațiu minim. Căldura generată trebuie să fie disipată rapid și fiabil. CeramTec produce și prelucrează substraturi ceramice folosind diferite metode în funcție de aplicație, material, geometrie și cantitate - acestea sunt ștanțate, lipite cu laser sau presate uscat.
Crearea de inovații, controlul calității
Secția de inovare și tehnologie a CeramTec cercetează și dezvoltă continuu materiale și procese de fabricație pentru noi produse. Departamentul de aplicații pentru benzi și substraturi se concentrează pe dezvoltarea de noi substraturi ceramice și optimizarea acestora. Un exemplu de succes: Noul AIN HP (Aluminum Nitride High Performance) oferă o rezistență la flexiune semnificativ mai mare decât alte materiale de substrat, menținându-și în același timp proprietățile termice. Este deosebit de potrivit pentru încărcarea continuă în modulele de putere și este utilizat în producția și distribuția de energie, electrificarea vehiculelor și convertizoarele de putere în construcția vehiculelor feroviare. Testarea continuă în laborator este o parte esențială a activității de cercetare și dezvoltare a echipei. În primul rând, sunt caracterizate materiile prime și masele ceramice produse din acestea. După procesul de modelare, sunt determinați parametrii termici ai benzilor verzi. Acestea sunt urmate de măsurători pe substratul sinterizat. În funcție de măsurare, acestea pot fi complexe și pot dura până la 36 de ore.
Cu toate acestea, măsurătorile nu sunt efectuate doar pentru proiectele de dezvoltare; în cadrul controlului calității, acestea fac parte și din procesul de fabricație sau din lansarea seriei. De exemplu, substraturile sunt testate în ceea ce privește conductivitatea termică sau rigiditatea dielectrică: Probele măsurate trebuie să corespundă valorilor standard tipice pentru materialul respectiv. Acest lucru se datorează faptului că un lucru este foarte important pentru CeramTec: Ca clienții să se poată baza pe faptul că produsul lor prezintă proprietățile materialelor convenite.
Descoperire în laborator: Analiza termică a AIN
Când vine vorba de măsurarea proprietăților termice, echipa se bazează pe expertiza NETZSCH. Experiențele pozitive constante, proximitatea locațiilor și serviciile excelente au condus la utilizarea a tot mai multe tehnologii de măsurare NETZSCH. O prezentare generală a tehnologiei utilizate pentru analiza termică este prezentată în figura 4.
După cum s-a menționat deja, conductivitatea termică are o influență asupra proprietăților mecanice și electrice ale unui substrat ceramic. Pentru a investiga acest lucru, se testează mai întâi difuzivitatea termică. Aceasta indică cât de repede reacționează un material la o schimbare de temperatură și este o proprietate care depinde de material. CeramTec testează difuzivitatea termică pentru substraturile ceramice precum AIN în laborator utilizând NETZSCH LFA 447Nanoflash. În acest scop, echipa de laborator pregătește proba de testare la formatul specificat pentru dispozitivul de testare și o acoperă cu grafit. Conductivitatea poate fi apoi măsurată într-un interval de temperatură cuprins între 20°C și 300°C.
Figurile 5a și 5b prezintă o comparație a creșterii căldurii în timp în urma aplicării de energie unei ceramici oxidice (fig. 5a) și a unei ceramici nitride (fig. 5b): Creșterea căldurii este mai mare în cazul ceramicii cu nitruri. Conductivitatea termică poate fi apoi calculată din difuzivitatea termică măsurată, precum și din capacitatea termică specifică și densitatea materialului:
În cazul ceramicii din nitrură de aluminiu, acest lucru duce la conductivități termice de peste 170 W/(m-K), în funcție de tipul materialului. În funcție de aplicație, ceramica necesită o conductivitate termică scăzută sau ridicată. În special în cazul semiconductorilor de putere, care generează temperaturi ridicate, căldura trebuie să fie disipată rapid și fiabil.
Analiza termică include, de asemenea, luarea în considerare a coeficientului de dilatare termică (Coeficient de dilatare termică liniară (CLTE/CTE)Coeficientul de dilatare termică liniară (CLTE) descrie modificarea în lungime a unui material în funcție de temperatură. CTE). Expansiunea termică indică modul în care dimensiunile geometrice ale unui corp se modifică cu temperatura. Această cunoaștere este importantă pentru calcularea nepotrivirii termice în combinațiile de materiale, de exemplu. Un Coeficient de dilatare termică liniară (CLTE/CTE)Coeficientul de dilatare termică liniară (CLTE) descrie modificarea în lungime a unui material în funcție de temperatură. CTE determinat cu precizie este, de asemenea, important pentru metalizare și ambalare pentru a cunoaște toleranțele dimensiunilor exterioare ale unui substrat, de exemplu. CeramTec determină coeficientul de dilatare termică al materialelor sinterizate în laborator folosind dilatatoarele NETZSCH DIL 402 E și DIL 402 Expedis® dilatometre. Dilatarea termică a unui corp ceramic poate fi investigată în intervalul de temperatură de până la 2000°C. În plus, dilatometrele oferă posibilitatea de a efectua măsurători în diferite atmosfere - cum ar fi aer, azot sau argon - prin controlul gazului. Acest lucru este important pentru a putea efectua măsurători în domeniul temperaturilor ridicate, de exemplu. Software-ul de analiză Proteus® oferă asistență în evaluarea curbei de măsurare și determinarea expansiunii termice în diferite segmente de temperatură.
Măsurarea termogravimetrică este, de asemenea, o parte a analizei termice. Este utilizată în principal pentru investigarea reacțiilor exotermice și EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice, precum și a modificărilor de greutate în materiile prime (pulberi, lianți și materiale organice) în aer și în benzi verzi în aer sau azot. CeramTec utilizează diverse sisteme STA NETZSCH pentru aceste măsurători.
Capacitatea termică descrie modul în care temperatura măsurată a unui corp se modifică în raport cu cantitatea de căldură adăugată acestuia. CeramTec determină acest lucru pentru materialele sinterizate folosind NETZSCH DSC 300 Caliris®.
O altă sarcină de laborator în legătură cu parametrii termici este de a depăși procesul de producție, deoarece curba de temperatură descrie temperatura cuptorului și, prin urmare, cea a procesului de SinterizareSinterizarea este un proces de producție pentru formarea unui corp rezistent din punct de vedere mecanic dintr-o pulbere ceramică sau metalică. sinterizare. De exemplu, dilatometrul poate fi utilizat pentru a determina etapele de SinterizareSinterizarea este un proces de producție pentru formarea unui corp rezistent din punct de vedere mecanic dintr-o pulbere ceramică sau metalică. sinterizare.
Gata pentru performanțe de top
În momentul în care un substrat iese din producție la CeramTec, acesta va fi testat în detaliu: este pregătit pentru a fi utilizat în aplicații electrice de înaltă tehnologie și pentru ca avantajele sale specifice materialului să fie utilizate. Analizele de laborator sunt esențiale nu numai pentru controlul calității, ci și pentru dezvoltarea de noi produse inovatoare. NETZSCH este un partener important pentru CeramTec în această privință.
Dragă echipă Ceramtec Lab - Vă mulțumim foarte mult pentru perspectivele interesante asupra activității dumneavoastră de cercetare. Suntem bucuroși să contribuim cu dispozitivele noastre analitice și în viitor.