Vyrobte si vlastní keramický kelímek z beryliového oxidu BeO, tavení beryllia

V posledních letech se v důsledku konkurenčního výzkumu v Japonsku, Spojených státech a Evropě rychle rozvíjela technologie keramických materiálů. Jako nový typ konstrukčního materiálu, který se dokáže přizpůsobit různým prostředím, vstoupily keramické materiály do fáze praktického využití.

Vlastnosti keramických tigelů z oxidu berylliového lze rozdělit na vlastnosti tepelné, elektrické, jaderné, mechanické a chemické. V elektronickém průmyslu jsou běžně používanými parametry pro hodnocení výkonu keramiky z oxidu berylliového objemová hustota, těsnost, propustnost pro kapaliny, ohybová pevnost, odolnost proti tepelnému šoku, koeficient lineární roztažnosti, tepelná vodivost, dielektrická konstanta, objemový odpor a odolnost vůči kyselým a alkalickým chemickým podmínkám.

Taveniny z keramiky oxidu berylliového jsou typem vysokovýkonných konstrukčních keramických materiálů, které se vyznačují vysokou tepelnou vodivostí, vysokou teplotou tání, vysokou pevností, vynikající izolací, vysokou chemickou a tepelnou stabilitou, nízkou dielektrickou konstantou, nízkými dielektrickými ztrátami a dobrou technologickou přizpůsobitelností. Široce se používají v oblastech jako speciální metalurgie, vakuumová elektronika, jaderná technologie, mikroelektronika a optoelektronika.

Tepelné vlastnosti tavenin z keramiky BeO: U vodičů je tepelná vodivost primárně určena volnými elektrony.

Vodiče obecně mají vysokou tepelnou vodivost, ale špatné izolační vlastnosti.

U většiny keramik závisí tepelná vodivost hlavně na tepelných kmitáních atomů, iontů nebo molekul, což má za následek špatnou vodivost tepla, ale dobré izolační vlastnosti. Pouze materiály jako keramika oxidu berylliového (BeO) vedou teplo prostřednictvím fononů, což jim umožňuje mít současně vysokou tepelnou vodivost i vysoké izolační vlastnosti.

Tepelná vodivost keramických kelímků z BeO je nejvyšší ze všech praktických keramických materiálů, a to 6 až 7krát vyšší než u hustého Al2O3 a 3krát vyšší než u MgO. U keramiky z BeO s čistotou vyšší než 99 % a hustotou nad 99 % může tepelná vodivost při pokojové teplotě dosáhnout hodnoty 310 W/(m·K).
Obecně závisí tepelná vodivost keramiky z BeO hlavně na čistotě a hustotě materiálu – čím vyšší je čistota a hustota, tím lepší je tepelná vodivost.
Ve srovnání s hliníkovou keramikou mají kelímky z oxidu berylliového vyšší tepelnou vodivost, díky čemuž mohou efektivně a včas odvádět teplo generované ve výkonných zařízeních. To umožňuje zařízením vydržet vyšší výstupní příkon v režimu spojité vlny, čímž se zajišťuje jejich stabilita a spolehlivost. Jsou proto také široce používány v širokopásmových elektronických vysokofrekvenčních výkonných zařízeních, jako jsou výkonová přenosová okna postupných vln, nosné tyče a potlačené kolektory.

Široké uplatnění kelímků z oxidu berylliového

Oxid berylliový (BeO) je široce využíván v oblastech jako letecký a kosmický průmysl, výkonová elektronika, optoelektronika a jaderný průmysl. Je zejména preferovaným materiálem pro aplikace vyžadující vysokou tepelnou vodivost ve výkonných zařízeních a obvodech.

Vysoká tepelná vodivost a nízká dielektrická konstanta jsou hlavními důvody, proč jsou keramika BeO široce využívána v elektronice. Taveniny z keramiky BeO se v současnosti používají ve vysokovýkonných mikrovlnných obalech s vysokým výkonem, obalech vysokofrekvenčních elektronických tranzistorů a vícečipových komponentech s vysokou hustotou obvodu.

Taveniny z keramiky BeO se také běžně používají v širokopásmových vysokovýkonových elektronických vakuových zařízeních, jako jsou okna pro přenos energie, nosné tyče a elektrody depresovaných kolektorů v postupně-vlnových trubicích (TWT). Nízká dielektrická konstanta a nízké ztráty přispívají k vynikajícím širokopásmovým sladěným charakteristikám a také pomáhají snižovat ztráty výkonu.

Jako žáruvzdorný materiál lze keramiku BeO použít pro žáruvzdorné nosné tyče v topných článcích, ochranné stínění, vyzdívky pecí, trubice termočlánků, supravodivé katody, tepelné topné podložky a povlaky.

Výrobky z keramiky BeO jsou rovněž zařazeny mezi žáruvzdorné materiály. Tigelny BeO lze použít k tavení vzácných a drahých kovů, zejména v případech, kdy jsou vyžadovány kovy nebo slitiny vysoké čistoty. Provozní teplota těchto tigelů může dosáhnout 2000 °C. Díky vysoké teplotě tání (přibližně 2550 °C), vysoké chemické stabilitě (odolnost vůči zásadám), tepelné stabilitě a čistotě lze keramiku BeO použít také k tavení uranu a plutonia.

Tyto tigelny BeO byly navíc úspěšně použity při výrobě referenčních vzorků stříbra, zlata a platiny. Vysoká průzračnost BeO pro elektromagnetické záření umožňuje tavení kovů v těchto tiglech pomocí indukčního ohřevu.

Technické specifikace