لوحة أكسيد البيريليوم BeO عالية التوصيل الحراري، صفيحة خزفية

بدأ تطوير لوحة السيراميك المصنوعة من أكسيد البيريليوم في الخارج في ثلاثينيات القرن العشرين، ولكن مرحلته التي شهدت النمو السريع كانت من أواخر الخمسينيات إلى أواخر السبعينيات من القرن العشرين. تختلف سيراميك أكسيد البيريليوم عن السيراميك الإلكتروني الأخرى. حتى الآن، يصعب استبدال خصائصها العالية في التوصيل الحراري وخصائص الفقد المنخفض بمواد أخرى.

من جهة، يعود ذلك إلى الطلب الكبير في مختلف مجالات العلم والتكنولوجيا، ومن جهة أخرى، بسبب سُمّية أكسيد البيريليوم، والتي تتطلب إجراءات وقائية صارمة وصعبة، مما يجعل عدد المصانع القليلة جدًا في العالم القادرة على إنتاجه بأمان.

ركائز السيراميك أكسيد البيريليوم هي سيراميك يحتوي على أكسيد البيريليوم كمكون رئيسي. وتُستخدم بشكل أساسي كركائز للدوائر المتكاملة الكبيرة، وأنابيب الليزر الغازية عالية القدرة، وأغلفة مبددات الحرارة للترانزستورات، ونوافذ الإخراج للميكروويف، ووسائط تهدئة النيوترونات.

يتم تصنيعه بإضافة مكونات مثل أكسيد الألومنيوم إلى مسحوق أكسيد البيريليوم ثم التلبيد عند درجات حرارة عالية. يتطلب إنتاج هذا النوع من السيراميك اتخاذ تدابير وقائية مناسبة. في الوسائط ذات درجات الحرارة العالية التي تحتوي على رطوبة، تزداد قابلية تطاير أكسيد البيريليوم، حيث يبدأ بالتطاير عند درجة حرارة 1000°م وتزداد مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يسبب صعوبات في الإنتاج، ولهذا السبب توقفت بعض الدول عن إنتاجه. ومع ذلك، فإن المنتجات تمتلك خصائص ممتازة، وبالتالي وعلى الرغم من ارتفاع سعرها، لا تزال هناك طلبات كبيرة عليها.

بدأ استخدام صفائح BeO كمادة عازلة في عام 1928، ولكن حتى عام 1930 كان يتم خلط BeO بشكل رئيسي مع مواد أخرى لاستخدامه كمادة فسفورية.

خلال الحرب العالمية الثانية، تم تصنيع صفائح السيراميك عالية النقاء من أكسيد البيريليوم لأول مرة. في عام 1946، اكتشف أن لأكسيد البيريليوم توصيلية حرارية مرتفعة للغاية. وفي ذلك الوقت، كان يستخدم بشكل رئيسي في الأجهزة النووية. ولم يبدأ استخدام أكسيد البيريليوم في الإلكترونيات وأجهزة القياس والاتصالات وتكنولوجيا الفضاء إلا في منتصف الخمسينيات.

مدى درجة حرارة انصهار قاعدة أكسيد البيريليوم يتراوح بين 2530°م و2570°م، وكثافته النظرية تبلغ 3.02 غ/سم³. يمكن استخدامه على المدى الطويل عند 1800°م في الفراغ، وعند 2000°م في الغازات الخاملة، ويبدأ بالتطاير عند 1800°م في الجو المؤكسد. إن أبرز خاصية للسيراميك المصنوع من أكسيد البيريليوم هي توصيليته الحرارية العالية، التي تقارب توصيلية الألمنيوم المعدني، وتكون أعلى بـ 6 إلى 10 مرات من توصيلية أكسيد الألمنيوم. وهو مادة عازلة تتميز بخصائص كهربائية وحرارية وميكانيكية فريدة، ولا تمتلك أي مادة أخرى هذا التجمع الشامل من الخصائص.

تُقدَّر صفائح السيراميك أكسيد البيريليوم وتُستخدم في مجالات تكنولوجيا الميكروويف والإلكترونيات الفراغية والتكنولوجيا النووية والإلكترونيات الدقيقة والتقنيات البصرية الإلكترونية، وذلك بفضل توصيلها الحراري العالي ودرجة انصهارها العالية وقوتها والعزل العالي لها وثابت العزل المنخفض وخسائر العزل القليلة، بالإضافة إلى قابليتها الجيدة للتكيف مع عمليات التغليف. وبشكل خاص، أصبحت هذه المواد السيراميكية هي المواد الرئيسية المستخدمة في تصنيع مكونات عالية التوصيل الحراري للأجهزة شبه الموصلة عالية القدرة، والدوائر المتكاملة عالية القدرة، والأجهزة الفراغية للميكروويف عالية القدرة، والمفاعلات النووية، حيث تلعب دورًا مهمًا جدًا في المجال العسكري وكذلك في الاقتصاد الوطني.

تُستخدم لوحات أكسيد البيريليوم (BeO) على نطاق واسع في دوائر تحويل التكنولوجيا الإلكترونية للطيران والفضاء، وكذلك في أنظمة اتصالات الطائرات والأقمار الصناعية، كمكونات للأقواس والتجميعات؛ كما تمتلك تطبيقات محتملة في الإلكترونيات المخصصة للفضاء. تتميز سيراميك أكسيد البيريليوم بمقاومة استثنائية عالية للتغيرات الحرارية المفاجئة، ويمكن استخدامه في مفجرات الطائرات النفاثة. وقد تم استخدام لوحات أكسيد البيريليوم المطلية بالمعادن في أنظمة التحكم بأجهزة الدفع في الطائرات، كما طُبقت بطانات أكسيد البيريليوم الرشوشة بالمعادن في أجهزة الإشعال الخاصة بالسيارات.

تتمتع لوحات السيراميك من أكسيد البيريليوم (BeO) بموصلية حرارية ممتازة، ويسهل تصغير حجمها، مما يُظهر آفاقًا واسعة للتطبيق في مجال الليزر؛ على سبيل المثال، تكون ليزرات أكسيد البيريليوم أكثر كفاءة وتولد قدرة إخراج أعلى من ليزرات الكوارتز. ويؤدي استخدام مواد السيراميك من أكسيد البيريليوم في معدات الطيران والفضاء والعسكرية دورًا لا يمكن الاستغناء عنه، وبالتالي فإن الطلب على أكسيد البيريليوم يشهد زيادة مستمرة عامًا بعد عام.

في الولايات المتحدة، كان إنتاج صفائح أكسيد البيريليوم (BeO) في أواخر التسعينيات أعلى بـ 3 إلى 5 مرات مقارنة بأواخر الثمانينيات، ويزداد حاليًا بمعدل 8-12٪، ليصل إلى أكثر من 200 طن. قبل عدة سنوات، قدم مركز توريد الإلكترونيات الدفاعية الأمريكي خطة إلى الصناعة لتطوير مواد سيراميكية عالية الأداء من أكسيد البيريليوم، وقد تم إحراز تقدم منذ ذلك الحين. في كتالوج المواد الخاص بالمركز، يرتفع تدريجيًا مكانة صفيحة أكسيد البيريليوم، ومن المتوقع أن يصبح أكسيد البيريليوم المادة المفضلة للوحدات متعددة الشرائح ذات القدرة العالية في التطبيقات العسكرية في السنوات القادمة.

المواصفات الفنية