أفضل 8 مساحيق سيرامية في التكنولوجيا المتقدمة

تشتهر صناعة السيراميك المتقدمة بخصائصها الاستثنائية الميكانيكية والسمعية والبصرية والحرارية والكهربائية والمتوافقة حيويا، مما يجعلها لا غنى عنها في صناعات التكنولوجيا العالية مثل الفضاء والإلكترونيات والطب الحيوي وتصنيع المعدات الراقية. تأتي هذه الخزف في أشكال مختلفة، لكل منها خصائص فريدة. على سبيل المثال، سيراميك الألومينا معروف بمقاومته للأكسدة، سيراميك نيتريد السيليكون لقوته العالية ومقاومته للتآكل الكهربائي، وسيراميك الزركونيا لصلابتها وتوافق بيولوجيتها.

1. ألومينا عالية النقاء

الألومينا عالية النقاء (4N وما فوق) تفتخر عالية النقاء، والصلابة، والقوة، ومقاومة درجة الحرارة. كما أن استقراره الكيميائي الفائق وعزله يجعلانه مادة عالية الجودة ذات تطبيقات واسعة النطاق. كمنتج ألومينا عالي الأداء، يستخدم HPA على نطاق واسع في مجالات مثل المواد الفلورية، والسيراميك الشفاف، والأجهزة الإلكترونية، والطاقة المتجددة، والمواد المحفزة، ومكونات الفضاء الجوي.

ومن الجدير بالذكر أن المواد الخزفية الشفافة للألومينا عالية النقاء لا تقدم فقط نقل الضوء الممتاز ولكن أيضا تفوق الخزف المعتم في الخصائص الميكانيكية والبصرية والحرارية والكهربائية. الركائز الخزفية ألومينا هي المواد القاعدية الأكثر شيوعا في صناعة الإلكترونيات المعاصرة، بمثابة المادة الأساسية لشرائح الدوائر المتكاملة. بالإضافة إلى ذلك، وجد HPA تطبيقات متطورة في المكونات الدقيقة لمعدات أشباه الموصلات، حيث متطلبات الأداء أكثر صرامة بكثير من تلك الخاصة بالسيراميك الدقيق العام.

في صناعة تلميع أشباه الموصلات، دور الألومينا عالية النقاء كمادة كاشطة هو أمر بالغ الأهمية، وخاصة مع صعود أشباه الموصلات كربيد السليكون (SiC). أصبحت الألومينا فائقة النقاء ذات أهمية متزايدة لصقل أشباه الموصلات.

2. بويهميت

البويهميت (بالإنجليزية: Boehmite) هو مادة ألومينا هيدروليكية صيغتها الكيميائية γ-Al2O3·H2O أو γ-AlOOH، وهي مادة حيوية بسبب مساحتها السطحية العالية والمسامية الكبيرة والقدرة على الحفاظ على تشكليتها بعد المرحلة الانتقالية.

خصائصه الفريدة تجعله مادة خام أساسية لتصنيع مواد ماصة سريعة وفعالة وقابلة لإعادة الاستخدام. مع التوافق الحيوي الملحوظ، يستخدم البويهميت على نطاق واسع في جراحة العظام وطب الأسنان والطب الحيوي. إن مثبطات اللهب، وقدرته الممتازة على الملء، ومقاومة التسرب تجعل منه خيارا شائعا لرقائق النحاس عالية الأداء فائقة الرقة. بالإضافة إلى ذلك، boehmite&#تسمح البنية المعينية المستقرة لمجموعات الهيدروكسيل السطحية بتعديلات مختلفة على السطح، مما يجعلها مادة خام قيمة لإنتاج محفزات وكاشفات مدعومة باهظة الثمن.

3. نيتريد الألومنيوم

ومع استمرار تطور الرقائق الإلكترونية وتركيزها، ازدادت كثافة التدفق الحراري المتولدة أثناء التشغيل زيادة كبيرة. وهكذا، أصبح اختيار مواد التغليف المناسبة وتحسين قدرات تبديد الحرارة في الجهاز من الاختناقات التقنية في تطوير أجهزة الطاقة. المواد الخزف، مع الموصلية الحرارية العالية، والمقاومة الحرارية الممتازة، والعزل العالي، والقوة، والتوافق مع مواد الرقائق، هي مثالية لركائز تغليف جهاز الطاقة.

من بين هذه، نيتريد الألومنيوم (AlN) هو مادة السيراميك مع أفضل الموصلية الحرارية، مع الموصلية الحرارية النظرية تصل إلى 320 واط/(م · ك) والمنتجات التجارية عادة تتراوح من 180W/(م · ك) إلى 260 واط/(م · ك). وهذا يجعلها مناسبة للمواد الركازية ذات الطاقة العالية والرصاص العالي والحجم الكبير لعبوة الرقائق. وبالإضافة إلى الموصلية الحرارية العالية، تفخر ألين بعدة خصائص بارزة أخرى:

• معامل التمدد الحراري (4.32010-6/℃) الذي يطابق مواد السيليكون شبه الموصلات ((3.5~4.0) 10-6/℃).

• الخصائص الميكانيكية الفائقة، أعلى من سيراميك BeO ومقارنةً للألومينا.

• خصائص كهربائية ممتازة، بما في ذلك مقاومة عالية للغاية للعزل وفقد منخفض للكهرباء.

• القدرة على دعم الأسلاك متعددة الطبقات، وتمكين التغليف عالي الكثافة والمصغر.

• غير سامة وصديقة للبيئة.

4. نيتريد السليكون (Si3N4)

يستخدم نيتريد السيليكون في المقام الأول كمادة خزفية وهو عنصر حاسم في التكنولوجيات الصناعية المتقدمة. من بين منتجاتها، الكرات الحاملة هي الأكثر استخداما على نطاق واسع، وهو ما يمثل 30 ٪ من الإنتاج العالمي من منتجات نيتريد السيليكون عالية الأداء. بالمقارنة مع كرات الصلب، وكرات السيراميك نيتريد السيليكون توفر مزايا كبيرة: كثافة منخفضة، مقاومة درجة الحرارة العالية، التشحيم الذاتي، مقاومة التآكل، ووضع فشل التعب مماثلة لكرات الصلب. لذلك، تستخدم كرات السيراميك نيتريد السيليكون على نطاق واسع في محامل الأدوات الآلية الدقيقة، ومحامل السيارات، ومحامل عزل توربينات الرياح، والمحامل عالية الحرارة، والمحامل المقاومة للتآكل في صناعة البتروكيماويات.

5. خريجة كروية

من بين مختلف مواد المساحيق الموصلة حراريا، تتميز الألومينا الكروية بسبب الموصلية الحرارية الممتازة، ومعامل التعبئة العالية، والسيولة الجيدة، والتكنولوجيا الناضجة، ومجموعة واسعة من المواصفات، والسعر معقول نسبيا. هذه الصفات تجعله أكثر المسحوق توصيلي حراري سايد في قطاع التوصيل الحراري الراقي.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الشكل الكروي للمسحوق، مع تشكيله المنتظم، وكثافة التعبئة العالية، وقابلية التدفق الفائقة، يعزز بشكل كبير أداء المنتج. لذلك، يستخدم مسحوق Al2O3 الكروي على نطاق واسع ويدرس ليس فقط في تطبيقات الموصلية الحرارية ولكن أيضا في السيراميك، وحاملات المواد الحفازة، وأكثر من ذلك.

6. تيتانيت الباريوم (BaTiO3)

تيتانيت الباريوم (BaTiO3)، مع هيكله البيروفسكايت من نوع ABO3، كان مادة عازلة حاسمة للمكثفات منذ تم اكتشاف خصائصها العازلة الاستثنائية في أوائل القرن العشرين. وهو حالياً أحد أكثر مساحيق الخزفيات الإلكترونية استخداماً ويعمل كمادة أساسية لتصنيع المكونات الإلكترونية، مما أكسبه لقب ركيزه صناعة الخزفيات الإلكترونية

7. زركونيا مركب نانو

يحتفظ مركب الزركونيا النانوي، المثبت مع المثبتات، بطوره الرباعي أو المكعب في درجة حرارة الغرفة. هذه المثبتات هي عادة أكاسيد أرضية نادرة (Y2O3, CeO2) أو أكاسيد فلزية أرضية قلوية (CaO, MgO).

ومع أوجه التقدم في العلم والتكنولوجيا، ارتفع الطلب على المواد والمكونات التي تلبي احتياجات وظيفية محددة. شهد مركب الزركونيا النانوي المعروف بصلابته العالية ومقاومته لدرجة الحرارة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل وخصائصه البصرية الفريدة نموا سريعا في الطلب. الزركونيا المثبتة بالإيتريا هي الأكثر استخدامًا وتمثيلاً لمركب النانو من الزركونيا. وتشمل مزاياه الموصلية العالية لأيونات الأكسجين، والخصائص الميكانيكية الممتازة، ومقاومة الأكسدة والتآكل، ومعامل التمدد الحراري العالي، والموصلية الحرارية المنخفضة، والثبات الجيد، مما يجعله يستخدم على نطاق واسع في المواد الهيكلية والوظيفية مثل أجهزة استشعار الأكسجين، ومضخات الأكسجين، وخلايا الوقود الصلب عالية الحرارة، والسيراميك الكهربائية الحديدية، وطلاءات محركات الطائرات.

8. كربيد السيليكون عالي النقاء

وتنقسم مواد كربيد السليكون في المقام الأول إلى السيراميك وأنواع أحادية الكريستال. كمادة خزفية، متطلبات النقاء عموما ليست صارمة في معظم التطبيقات. ومع ذلك، في بيئات محددة، مثل معدات أشباه الموصلات مثل آلات الطباعة الحجرية، يحتاج نقاء SiC إلى مراقبة صارمة لمنع التأثير على نقاء رقائق السليكون.

ومع ذلك، فإن الخصائص المتأصلة في SiC تجعل نمو البلورة الأحادية تحديًا، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى عدم وجود مرحلة سائلة متكافئة القياس مع Si

نسبة 1:1 موجودة تحت الضغط الطبيعي. ولذلك، لا يمكن تطبيق طرق النمو التقليدية المستخدمة عادة في صناعة أشباه الموصلات، مثل طرق تشوكرالسكي أو بريدجمان. للتغلب على هذا التحدي، اقترح العلماء أساليب مختلفة للحصول على بلورات SiC عالية الجودة، وحجم كبير، وفعالة من حيث التكلفة. وتشمل أكثر الطرق السائدة نقل الأبخرة الفيزيائية (PVT)، المرحلة السائلة Epitaxy (LPE)، وترسيب الأبخرة الكيميائية عالية الحرارة (HTCVD).