उच्च उष्णता वाहकता BeO प्लेट बेरिलियम ऑक्साइड सिरॅमिक शीट

विदेशात बेरिलियम ऑक्साइड सिरॅमिक प्लेटचा विकास 1930 च्या दशकात सुरू झाला, परंतु त्याची गतिशील विकासाची अवस्था 1950 च्या शेवटपासून 1970 च्या शेवटपर्यंत होती. बेरिलियम ऑक्साइड सिरॅमिक्स इतर इलेक्ट्रॉनिक सिरॅमिक्सपासून भिन्न आहेत. आजपर्यंत, त्यांच्या उच्च उष्णता वाहकता आणि कमी नुकसान गुणधर्मांची जागा इतर सामग्रीद्वारे घेणे कठीण आहे.

एकीकडे, विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या विविध क्षेत्रांमध्ये मोठी मागणी असल्यामुळे आणि दुसरीकडे, बेरिलियम ऑक्साइड विषारी असल्यामुळे कठोर आणि आव्हानात्मक संरक्षण उपाययोजना आवश्यक असल्यामुळे, जगभरात ते सुरक्षितपणे उत्पादन करणाऱ्या अत्यल्प कारखाने आहेत.

बेरिलियम ऑक्साइड सिरॅमिक सबस्ट्रेट हे बेरिलियम ऑक्साइड मुख्य घटक असलेले सिरॅमिक्स आहेत. त्यांचा वापर मुख्यत्वे मोठ्या प्रमाणात एकत्रित सर्किट्स, उच्च-शक्ती गॅस लेझर ट्यूब, ट्रान्झिस्टरसाठी उष्णता निकासी आवरण, मायक्रोवेव आउटपुट खिडक्या आणि न्यूट्रॉन मॉडरेटर्ससाठी सबस्ट्रेट म्हणून केला जातो.

हे अॅल्युमिनियम ऑक्साइड सारख्या घटकांची बेरिलियम ऑक्साइड पावडरमध्ये भेसळ करून उच्च तापमानाला सिंटर करून तयार केले जाते. या प्रकारच्या सिरॅमिकच्या उत्पादनासाठी योग्य संरक्षण उपाय आवश्यक असतात. आर्द्रतेने युक्त उच्च तापमानाच्या माध्यमात, बेरिलियम ऑक्साइडची वाफशीलता वाढते, जी 1000°C वर वाफ होण्यास सुरुवात होते आणि तापमानाबरोबर वाढत जाते, ज्यामुळे उत्पादनात अडचणी येतात, आणि काही देशांनी त्याचे उत्पादन बंद केले आहे. तरीही, उत्पादनांमध्ये उत्कृष्ट गुणधर्म असतात, आणि त्यांच्या उच्च किमतींच्या असूनही, मागणी अजूनही मोठी आहे.

इन्सुलेटिंग सामग्री म्हणून BeO शीटचा वापर 1928 मध्ये सुरू झाला, परंतु 1930 पर्यंत, BeO चा वापर मुख्यत्वे फॉस्फोरेसेंट पदार्थ म्हणून इतर सामग्रीमध्ये मिसळण्यात आला.

दुसऱ्या महायुद्धादरम्यान, उच्च-शुद्धतेच्या बेरिलियम ऑक्साइड सेरॅमिक प्लेट्सचे उत्पादन प्रथम केले गेले. 1946 मध्ये, बेरिलियम ऑक्साइडमध्ये अत्यंत उच्च उष्णता वाहकता आहे हे शोधले गेले. त्या वेळी, त्याचा वापर मुख्यत्वे अणुउपकरणांमध्ये होत असे. 1950 च्या मध्यापर्यंत इलेक्ट्रॉनिक्स, मापन यंत्रे, संप्रेक्षण आणि अंतराळ तंत्रज्ञानामध्ये बेरिलियम ऑक्साइडचा वापर सुरू झाला.

बेरिलियम ऑक्साइड सबस्ट्रेटच्या वितळण्याची तापमान श्रेणी 2530°C ते 2570°C आहे, ज्याची सैद्धांतिक घनता 3.02 ग्रॅम/सेमी³ आहे. त्याचा वापर शून्यात 1800°C पर्यंत दीर्घकाळ तर निष्क्रिय वायूंमध्ये 2000°C पर्यंत करता येतो; तर ऑक्सिडायझिंग वातावरणात 1800°C वर ते वाफशील होण्यास सुरुवात होते. बेरिलियम ऑक्साइड सेरॅमिक्सचे सर्वात उल्लेखनीय गुणधर्म म्हणजे त्याची उच्च उष्णता वाहकता, जी धातू अ‍ॅल्युमिनियमच्या तुलनेतील आहे आणि अ‍ॅल्युमिना ऑक्साइडच्या 6 ते 10 पट आहे. हे एक परावैद्युत पदार्थ आहे ज्यामध्ये विशिष्ट विद्युत, उष्णता आणि यांत्रिक गुणधर्म आहेत आणि अशा सर्वांगीण गुणधर्मांची आढळ अन्य कोणत्याही पदार्थामध्ये होत नाही.

माइक्रोवेव्ह तंत्रज्ञान, शून्यस्थान इलेक्ट्रॉनिक्स, अणुऊर्जा तंत्रज्ञान, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स या क्षेत्रांमध्ये बेरिलियम ऑक्साइड सिरॅमिक पत्रे मोठ्या उष्णता वाहकता, उच्च वितळणांक, घनता, उच्च विद्युतरोधकता, कमी परावैद्युत स्थिरांक, कमी परावैद्युत हानी आणि पॅकेजिंग प्रक्रियांशी चांगली अनुकूलता यामुळे महत्त्वाचे मानले जातात. विशेषत: उच्च-उष्णता वाहकता घटक तयार करण्यासाठी उच्च-शक्ती अर्धसंवाहक उपकरणे, उच्च-शक्ती एकत्रित सर्किट, उच्च-शक्ती माइक्रोवेव्ह शून्यस्थान उपकरणे आणि अणुभट्ट्यांमध्ये ते मुख्य सिरॅमिक सामग्री बनले आहेत, ज्यामुळे सैन्य क्षेत्रात आणि राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थेत त्यांची फार महत्त्वाची भूमिका आहे.

एरोस्पेस इलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञान रूपांतरण सर्किट्समध्ये, तसेच विमान आणि उपग्रह संप्रेषण प्रणालींमध्ये, BeO प्लेटचा ब्रॅकेट आणि अ‍ॅसेंब्ली घटकांसाठी मोठ्या प्रमाणात वापर केला जातो; त्याचा अंतराळयान इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये सुद्धा संभाव्य वापर आहे. BeO सेरॅमिक्समध्ये अत्यंत उच्च उष्णता-आघात प्रतिरोधकता असते आणि त्याचा वापर जेट विमानांच्या डिटोनेटर्समध्ये केला जाऊ शकतो. धातूचे आवरण असलेल्या BeO प्लेट्सचा वापर विमानांच्या प्रणोदन उपकरणांच्या नियंत्रण प्रणालींमध्ये केला गेला आहे, आणि फवारलेल्या धातू बेरिलियम ऑक्साइड लाइनर्सचा वापर ऑटोमोबाईल इग्निशन उपकरणांमध्ये केला गेला आहे.

BeO सेरॅमिक प्लेट्समध्ये उत्कृष्ट उष्णता वाहकता असते आणि त्यांचे लहान आकारात रूपांतर करणे सोपे जाते, ज्यामुळे लेझर क्षेत्रात त्यांची व्यापक अनुप्रयोगाची शक्यता आहे; उदाहरणार्थ, BeO लेझर्स क्वार्ट्स लेझर्सपेक्षा अधिक कार्यक्षम असतात आणि त्यांची आउटपुट शक्ती अधिक असते. एअरोस्पेस, अंतराळ आणि सैन्य उपकरणांमध्ये BeO सेरॅमिक सामग्रीचा वापर अपरिहार्य भूमिका बजावतो, आणि म्हणूनच BeO ची मागणी वर्षानुवर्षे वाढत आहे.

अमेरिकेत, १९९० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात BeO पत्रे उत्पादन १९८० च्या दशकाच्या उत्तरार्धाच्या तुलनेत ३ ते ५ पट अधिक होते, आणि सध्या त्याची वाढ दर ८-१२% आहे, जी २०० टनपेक्षा अधिक गाठत आहे. काही वर्षांपूर्वी, अमेरिकेच्या डिफेन्स इलेक्ट्रॉनिक्स सप्लाय सेंटरने उद्योगाला उच्च कार्यक्षमतेची BeO सेरॅमिक सामग्री विकसित करण्यासाठी एक योजना सुचवली होती आणि त्यानंतर प्रगती झाली आहे. पुरवठा केंद्राच्या सामग्री सूचीमध्ये बेरिलियम ऑक्साइड पत्राचे स्थान हळूहळू वाढत आहे, आणि येणाऱ्या वर्षांमध्ये, बेरिलियम ऑक्साइड सैन्याच्या उच्च शक्तीच्या MCMs (मल्टी-चिप मॉड्यूल) साठी प्राधान्याचे साहित्य असेल.

तंत्रज्ञान प्रमाण