Maßgeschneiderte Berylliumoxid-Keramik-Becher aus Berylliumoxid

In den letzten Jahren hat sich die Keramikwerkstofftechnologie aufgrund der wettbewerbsintensiven Forschung in Japan, den Vereinigten Staaten und Europa rasant weiterentwickelt. Als neue Art von Strukturmaterial, das sich an verschiedene Umgebungen anpassen kann, sind Keramikwerkstoffe in die Phase der praktischen Anwendung eingetreten.

Die Eigenschaften von Berylliumoxid-Keramik-Tiegeln können in thermische, elektrische, nukleare, mechanische und chemische Eigenschaften unterteilt werden. In der Elektronikindustrie umfassen die üblicherweise verwendeten Parameter zur Beurteilung der Leistung von Berylliumoxid-Keramiken die Rohdichte, Dichtheit, Flüssigkeitsdurchlässigkeit, Biegefestigkeit, Beständigkeit gegen thermische Schocks, linearen Ausdehnungskoeffizienten, Wärmeleitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, Volumenwiderstand und Durchschlagfestigkeit sowie die Beständigkeit gegenüber sauren und alkalischen chemischen Bedingungen.

Berylliumoxid-Keramiktiegel sind eine Art hochleistungsfähiges strukturelles Keramikmaterial, gekennzeichnet durch hohe Wärmeleitfähigkeit, hohen Schmelzpunkt, hohe Festigkeit, ausgezeichnete Isolierung, hohe chemische und thermische Stabilität, geringe Dielektrizitätskonstante, geringe dielektrische Verluste und gute Prozessanpassungsfähigkeit. Sie finden breite Anwendung in Bereichen wie Sondermetallurgie, Vakuumelektronik, Nukleartechnik, Mikroelektronik und Optoelektronik.

Thermische Eigenschaften von BeO-Keramiktiegeln: Bei Leitern wird die Wärmeleitfähigkeit hauptsächlich durch freie Elektronen bestimmt.

Leiter weisen im Allgemeinen eine hohe Wärmeleitfähigkeit, aber schlechte Isoliereigenschaften auf.

Bei den meisten Keramiken hängt die Wärmeleitfähigkeit hauptsächlich von den thermischen Schwingungen von Atomen, Ionen oder Molekülen ab, was zu einer schlechten Wärmeleitung, aber guten Isolierungseigenschaften führt. Nur Materialien wie Berylliumoxid (BeO)-Keramiktiegel leiten Wärme über Phononen, wodurch sie sowohl hohe Wärmeleitfähigkeit als auch hohe Isolationseigenschaften besitzen.

Die Wärmeleitfähigkeit von BeO-Keramikgefäßen ist unter allen praktischen Keramikmaterialien am höchsten und liegt 6 bis 7 Mal über der von dichtem Al2O3 sowie 3 Mal über der von MgO. Bei BeO-Keramiken mit einer Reinheit von mehr als 99 % und einer Dichte über 99 % kann die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur 310 W/(m·K) erreichen.
Im Allgemeinen hängt die Wärmeleitfähigkeit von BeO-Keramiken hauptsächlich von der Reinheit und Dichte des Materials ab – je höher die Reinheit und Dichte, desto besser die Wärmeleitfähigkeit.
Im Vergleich zu Aluminiumoxid-Keramiken weisen Berylliumoxid-Keramik-Tiegel eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die in Hochleistungsgeräten erzeugte Wärme effizient und zeitnah abgeführt werden kann. Dadurch können die Geräte eine höhere Dauerleistung im kontinuierlichen Betrieb bewältigen, was ihre Stabilität und Zuverlässigkeit sicherstellt. Daher werden sie auch häufig in breitbandigen elektronischen Hochleistungs-Vakuumgeräten eingesetzt, wie beispielsweise Leistungsübertragungsfenstern von Wanderfeldröhren, Stützstäben und deprimierten Kollektoren.

Weit verbreitete Anwendungen von Berylliumoxid-Tiegeln

Berylliumoxid (BeO) wird in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, der Leistungselektronik, der Optoelektronik und der Kernindustrie umfassend eingesetzt. Es ist insbesondere das Material der Wahl für Anwendungen, bei denen hohe Wärmeleitfähigkeit in Hochleistungsgeräten und -schaltungen erforderlich ist.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit und die niedrige Dielektrizitätskonstante sind entscheidende Gründe dafür, dass BeO-Keramiken im Elektronikbereich weit verbreitet sind. BeO-Keramiktiegel werden derzeit in Hochleistungs-Mikrowellengehäusen mit hoher Leistung, Gehäusen für Hochfrequenz-Elektroniktransistoren sowie in mehrchipigen Bauelementen mit hoher Schaltungs-Dichte eingesetzt.

BeO-Keramiktiegel werden auch häufig in breitbandigen elektronischen Vakuumeinrichtungen mit hoher Leistung verwendet, wie beispielsweise Energieübertragungsfenstern, Stützstäben und deprimierten Kollektorelektroden in Wanderfeldröhren (TWTs). Die niedrige Dielektrizitätskonstante und die geringen Verluste tragen zu hervorragenden Breitbandanpassungseigenschaften bei und helfen zudem, den Leistungsverlust zu reduzieren.

Als feuerfestes Material kann BeO-Keramik für feuerfeste Stützstäbe in Heizelementen, Schutzschilde, Ofenauskleidungen, Thermoelementrohre, supraleitende Kathoden, thermische Heizsubstrate und Beschichtungen verwendet werden.

BeO-Keramikprodukte werden ebenfalls als feuerfeste Materialien klassifiziert. BeO-Tiegel können zum Schmelzen seltener und edler Metalle eingesetzt werden, insbesondere in Situationen, in denen hochreine Metalle oder Legierungen erforderlich sind. Die Betriebstemperatur dieser Tiegel kann 2000 °C erreichen. Aufgrund ihres hohen Schmelzpunkts (ca. 2550 °C), der hohen chemischen Stabilität (Alkalibeständigkeit), thermischen Stabilität und Reinheit können BeO-Keramiken auch zum Schmelzen von Uran und Plutonium verwendet werden.

Zusätzlich wurden diese BeO-Tiegel erfolgreich zur Herstellung von Normproben aus Silber, Gold und Platin eingesetzt. Die hohe 'Durchlässigkeit' von BeO gegenüber elektromagnetischer Strahlung ermöglicht es, Metalle in diesen Tiegeln durch Induktionserwärmung zu schmelzen.

Technische Spezifikationen