Müşteri BAŞARI HİKAYESİ
Hassasiyet Yoluyla Yüksek Performans:Teknik Seramik Üretiminde Kalite Güvencesi
CeramTec Group'un İnovasyon ve Teknoloji Departmanındaki Laboratuvar Ekibinden Bir Müşteri Başarı Hikayesi
Teknik seramikler birçok avantaj sunar. Bunların güvenilir bir şekilde kullanılabilmesi için malzemelerin kalitesinin test edilmesi gerekir. CeramTec uzun yıllardır bu konuda NETZSCH'un uzmanlığına güvenmektedir - ister geliştirme projelerinde, ister üretim sürecinde veya seri üretimde olsun, NETZSCH analizörleri sürekli olarak kullanılmaktadır.
Yüksek Performanslı Seramiklerde Farklılıklar
"İleri seramik" terimi, benzersiz mekanik, termal, biyo-kimyasal ve elektriksel özelliklere ve bunların kombinasyonlarına sahip çok çeşitli, bazen son derece özel seramik malzemeleri kapsamaktadır. Üç large malzeme grubu arasında bir ayrım yapılabilir: Silikat seramikler, oksit seramikler ve oksit olmayan seramikler. Silikat seramikler esas olarak alüminyum oksit ile birlikte doğal olarak oluşan hammaddelerden oluşur. Oksit seramikler, metal oksitlere dayalı malzemeleri içerir. Oksit olmayan seramikler karbon, nitrojen ve silikon bileşiklerine dayanan seramik malzemeler grubunu ifade eder. Bir malzemenin hangi gruptan olduğu selected özel uygulamaya ve malzeme için ortaya çıkan gereksinimlere bağlıdır.
Seramik Yüzeyler: Elektronik Uygulamalar için Temel Bileşenler
Alt tabaka, çeşitli malzemelerin mevcut olduğu bir devre taşıyıcısının temel malzemesidir. Elektriksel, termal, mekanik, yalıtım ve kimyasal özellikleri nedeniyle, yüksek performanslı seramiklerden yapılmış alt tabakalar çok sayıda endüstride ve uygulama alanında kullanılmaktadır - örneğin araç elektrifikasyonu, e-mobilite, endüstri ve enerji üretiminde. CeramTec, tüm yaygın seramik alt tabakalar için Avrupa'da tek durak noktasıdır: alüminyum oksit, alüminyum nitrür, zirkonyum oksit takviyeli alüminyum oksit, zirkonyum oksit ve 2024 itibariyle silikon nitrür. Her bir alt tabaka farklı özelliklere sahiptir (bkz. Şekil 1). Örneğin alüminyum nitrür, seramik alt tabakanın mekanik ve elektriksel özelliklerini etkileyen 170 W/(m-K) gibi özellikle yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir. Yüksek ısı iletkenliği, örneğin güç elektroniğindeki reaktif akım tarafından üretilen ısının azaltılması ve ısı dağılımının homojen ve sürekli olarak azaltılması anlamına gelir. Bunlar, özellikle yarı iletken endüstrisi gibi yüksek performanslı elektroniklerde talep edilen özelliklerdir; burada amaç minimum alanda maksimum güç üretmektir. Üretilen ısı hızlı ve güvenilir bir şekilde dağıtılmalıdır. CeramTec, uygulamaya, malzemeye, geometriye ve miktara bağlı olarak farklı yöntemler kullanarak seramik alt tabakalar üretir ve işler - bunlar damgalanır, lazerle işlenir veya kuru preslenir.
Yenilikler Yaratmak, Kaliteyi Kontrol Etmek
CeramTec'in İnovasyon ve Teknoloji Bölümü sürekli olarakarches'i araştırmakta ve yeni ürünler için malzeme ve üretim süreçleri geliştirmektedir. Bant ve Substrat Uygulamaları Bölümü, yeni seramik substratların geliştirilmesine ve bunların optimizasyonuna odaklanmıştır. Başarılı bir örnek: Yeni AIN HP (Alüminyum Nitrür Yüksek Performans), termal özelliklerini korurken diğer alt tabaka malzemelerinden önemli ölçüde daha yüksek eğilme mukavemeti sunar. Özellikle güç modüllerinde sürekli yükleme için uygundur ve enerji üretimi ve dağıtımı, araç elektrifikasyonu ve raylı araç yapımında güç dönüştürücülerinde kullanılır. Laboratuvarda yapılan sürekli testler, ekibin araştırmaarch ve geliştirme çalışmalarının önemli bir parçasıdır. İlk olarak, hammaddeler ve bunlardan üretilen seramik kütleler karakterize edilir. Şekillendirme işleminden sonra yeşil bantların termal parametreleri belirlenir. Bunu sinterlenmiş alt tabaka üzerindeki ölçümler takip eder. Ölçüme bağlı olarak bunlar karmaşık olabilir ve 36 saate kadar sürebilir.
Ölçümler sadece geliştirme projeleri için yapılmaz; kalite kontrolde, üretim sürecinin veya seri sürümün de bir parçasıdır. Örneğin, alt tabakalar termal iletkenlikleri veya dielektrik mukavemetleri açısından test edilir: Ölçülen numuneler, malzeme için tipik standart değerlere karşılık gelmelidir. Bunun nedeni CeramTec için bir şeyin çok önemli olmasıdır: Müşterilerin üzerinde mutabık kalınan malzeme özelliklerine sahip ürünlerine güvenebilmeleri.
Laboratuvara Giriş: AIN'in Termal Analizi
Termal özelliklerin ölçümü söz konusu olduğunda, ekip NETZSCH uzmanlığına güvenmektedir. Sürekli olumlu deneyimler, lokasyonların yakınlığı ve mükemmel hizmet, giderek daha fazla NETZSCH ölçüm teknolojisinin kullanılmasına yol açmıştır. Termal analiz için kullanılan teknolojiye genel bir bakış Şekil 4'te gösterilmektedir.
Daha önce de belirtildiği gibi, termal iletkenliğin seramik bir alt tabakanın mekanik ve elektriksel özellikleri üzerinde etkisi vardır. Bunu araştırmak için ilk olarak Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite test edilir. Bir malzemenin sıcaklık değişimine ne kadar hızlı tepki verdiğini gösterir ve malzemeye bağlı bir özelliktir. CeramTec, NETZSCH LFA 447Nanoflash kullanarak laboratuvarda AIN gibi seramik alt tabakalar için termal difüziviteyi test eder. Bu amaçla, laboratuvar ekibi test örneğini test cihazı için belirtilen formata göre hazırlar ve grafit ile kaplar. İletkenlik daha sonra 20°C ila 300°C arasındaki bir sıcaklık aralığında ölçülebilir.
Şekil 5a ve 5b, bir oksit seramiğe (şekil 5a) ve bir nitrür seramiğe (şekil 5b) enerji uygulanmasını takiben zaman içindeki ısı artışının bir karşılaştırmasını göstermektedir: Isı artışı nitrür seramik için daha yüksektir. Termal iletkenlik daha sonra ölçülen termal difüzivitenin yanı sıra malzemenin özgül ısı kapasitesi ve yoğunluğundan hesaplanabilir:
Alüminyum nitrür seramikler için bu, malzeme türüne bağlı olarak 170 W/(m-K)'nin üzerinde termal iletkenliklerle sonuçlanır. Uygulamaya bağlı olarak, seramik ya düşük ya da yüksek Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik gerektirir. Özellikle yüksek sıcaklıklar üreten güç yarı iletkenleri söz konusu olduğunda, ısının hızlı ve güvenilir bir şekilde dağıtılması gerekir.
Termal analiz, termal genleşme katsayısının (Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE) dikkate alınmasını da içerir. Termal genleşme, bir cismin geometrik boyutlarının sıcaklıkla nasıl değiştiğini gösterir. Bu bilgi, örneğin malzeme kombinasyonlarındaki termal uyumsuzluğu hesaplamak için önemlidir. Kesin olarak belirlenmiş bir Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE, örneğin bir alt tabakanın dış boyutlarının toleranslarını bilmek için metalizasyon ve paketleme için de önemlidir. CeramTec, sinterlenmiş malzemelerin termal genleşme katsayısını laboratuvarda NETZSCH DIL 402 E ve DIL 402 Expedis dilatometreler. Seramik bir gövdenin termal genleşmesi 2000°C'ye kadar olan sıcaklık aralığında incelenebilir. Ayrıca dilatometreler, gaz kontrolü yoluyla hava, nitrojen veya argon gibi farklı atmosferler altında ölçüm yapma olanağı sunar. Bu, örneğin yüksek sıcaklık aralığında ölçüm yapabilmek için önemlidir. Proteus® analiz yazılımı, ölçüm eğrisinin değerlendirilmesinde ve farklı sıcaklık segmentlerindeki termal genleşmenin belirlenmesinde destek sağlar.
Termogravimetrik ölçüm de termal analizin bir parçasıdır. Öncelikle EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik ve EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik reaksiyonların yanı sıra hava altında hammaddelerdeki (tozlar, bağlayıcılar ve organik malzemeler) ve hava veya azot altında yeşil bantlardaki ağırlık değişimlerinin araştırılması için kullanılır. Bu ölçümler için CeramTec tarafından çeşitli NETZSCH STA sistemleri kullanılmaktadır.
Isı kapasitesi, bir cismin ölçülen sıcaklığının ona eklenen ısı miktarına bağlı olarak nasıl değiştiğini açıklar. CeramTec bunu sinterlenmiş malzemeler için NETZSCH DSC 300 Caliris® kullanarak belirler.
Termal parametrelerle bağlantılı bir başka laboratuvar görevi de üretim sürecini büyütmektir, çünkü sıcaklık eğrisi fırının ve dolayısıyla SinterlemeSinterleme, seramik veya metalik bir tozdan mekanik olarak güçlü bir gövde oluşturmak için kullanılan bir üretim sürecidir. sinterleme işleminin sıcaklığını tanımlar. Örneğin, dilatometre SinterlemeSinterleme, seramik veya metalik bir tozdan mekanik olarak güçlü bir gövde oluşturmak için kullanılan bir üretim sürecidir. sinterleme adımlarını belirlemek için kullanılabilir.
En İyi Performans için Hazır
Bir substrat CeramTec'te üretimden çıktığında kapsamlı bir şekilde test edilmiş olacaktır: Yüksek teknolojili elektrik uygulamalarında kullanılmaya ve malzemeye özgü avantajlarından yararlanılmaya hazırdır. Laboratuvar analizleri sadece kalite kontrol için değil, aynı zamanda yeni yenilikçi ürünlerin geliştirilmesi için de gereklidir. NETZSCH bu konuda CeramTec için önemli bir ortaktır.
Sayın Ceramtec Lab Ekibi -arch çalışmanızla ilgili ilginç bilgiler için çok teşekkür ederiz. Gelecekte de analitik cihazlarımızla katkıda bulunmaktan mutluluk duyarız.