Tấm BeO dẫn nhiệt cao, Tấm gốm Oxit Beri

Việc phát triển tấm gốm oxit beryllium ở nước ngoài bắt đầu từ những năm 1930, nhưng giai đoạn phát triển mạnh là từ cuối những năm 1950 đến cuối những năm 1970. Gốm oxit beryllium khác với các loại gốm điện tử khác. Cho đến nay, đặc tính dẫn nhiệt cao và tổn thất thấp của chúng rất khó thay thế bằng các vật liệu khác.

Một mặt là do nhu cầu lớn trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ, mặt khác vì oxit beryllium có độc tính, đòi hỏi các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt và khó khăn, nên trên thế giới có rất ít nhà máy có khả năng sản xuất an toàn.

Chất nền gốm oxit beri là loại gốm có thành phần chính là oxit beri. Chúng chủ yếu được sử dụng làm chất nền cho các mạch tích hợp quy mô lớn, ống laser khí công suất cao, vỏ tản nhiệt cho transistor, cửa sổ đầu ra vi sóng và bộ điều hòa neutron.

Nó được chế tạo bằng cách thêm các thành phần như nhôm oxit vào bột oxit beri và nung kết ở nhiệt độ cao. Việc sản xuất loại gốm này đòi hỏi các biện pháp bảo vệ thích hợp. Trong môi trường nhiệt độ cao có chứa hơi ẩm, tính bay hơi của oxit beri tăng lên, bắt đầu bay hơi ở 1000°C và tăng dần theo nhiệt độ, gây khó khăn trong sản xuất, do đó một số quốc gia đã ngừng sản xuất loại vật liệu này. Tuy nhiên, sản phẩm có các tính chất vượt trội, vì vậy dù giá thành cao nhưng vẫn có nhu cầu đáng kể.

Việc sử dụng tấm BeO làm vật liệu cách điện bắt đầu từ năm 1928, nhưng cho đến năm 1930, BeO chủ yếu được trộn với các vật liệu khác để làm chất phát quang.

Trong Chiến tranh Thế giới thứ hai, các tấm gốm beri oxit độ tinh khiết cao lần đầu tiên được sản xuất. Năm 1946, người ta phát hiện ra rằng oxit beri có độ dẫn nhiệt cực kỳ cao. Vào thời điểm đó, nó chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị hạt nhân. Mãi đến giữa những năm 1950, oxit beri mới bắt đầu được ứng dụng trong điện tử, thiết bị đo lường, viễn thông và công nghệ hàng không vũ trụ.

Dải nhiệt độ nóng chảy của đế oxit beri nằm trong khoảng từ 2530°C đến 2570°C, với mật độ lý thuyết là 3,02 g/cm³. Vật liệu này có thể được sử dụng lâu dài ở 1800°C trong chân không, ở 2000°C trong khí trơ, và bắt đầu bay hơi ở 1800°C trong môi trường oxy hóa. Tính chất nổi bật nhất của gốm oxit beri là độ dẫn nhiệt cao, tương đương với nhôm kim loại và cao gấp 6-10 lần so với oxit nhôm. Đây là một vật liệu điện môi có các tính chất điện, nhiệt và cơ học độc đáo, và không có vật liệu nào khác lại sở hữu một phạm vi tính chất toàn diện như vậy.

Tấm gốm oxit beri được đánh giá cao và ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ vi sóng, điện tử chân không, công nghệ hạt nhân, vi điện tử và quang điện tử nhờ vào khả năng dẫn nhiệt cao, điểm nóng chảy cao, độ bền, cách điện tốt, hằng số điện môi thấp, tổn hao điện môi thấp và khả năng thích ứng tốt với các quy trình đóng gói. Đặc biệt, chúng đã trở thành vật liệu gốm chủ đạo để sản xuất các linh kiện có khả năng dẫn nhiệt cao trong các thiết bị bán dẫn công suất lớn, mạch tích hợp công suất cao, thiết bị chân không vi sóng công suất lớn và lò phản ứng hạt nhân, đóng vai trò rất quan trọng tanto trong lĩnh vực quân sự lẫn nền kinh tế quốc dân.

Trong các mạch chuyển đổi công nghệ điện tử hàng không vũ trụ, cũng như trong các hệ thống viễn thông trên máy bay và vệ tinh, tấm BeO được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận giá đỡ và lắp ráp; nó cũng có tiềm năng ứng dụng trong điện tử tàu vũ trụ. Gốm BeO có khả năng chịu sốc nhiệt cực kỳ cao và có thể được dùng trong thiết bị nổ của máy bay phản lực. Các tấm BeO phủ kim loại đã được sử dụng trong hệ thống điều khiển thiết bị đẩy của máy bay, và lớp lót oxit beri phủ kim loại bằng phương pháp phun đã được áp dụng trong thiết bị đánh lửa ô tô.

Tấm gốm BeO có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời và dễ dàng thu nhỏ kích thước, cho thấy triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực laser; ví dụ, laser BeO hiệu quả hơn và có công suất đầu ra cao hơn so với laser thạch anh. Việc sử dụng vật liệu gốm BeO trong thiết bị hàng không vũ trụ, không gian và quân sự đóng vai trò không thể thay thế, do đó nhu cầu về BeO tăng lên từng năm.

Tại Hoa Kỳ, sản lượng tấm BeO vào cuối những năm 1990 cao gấp 3 đến 5 lần so với cuối những năm 1980, và hiện đang tăng với tốc độ 8–12%, đạt hơn 200 tấn. Cách đây vài năm, Trung tâm Cung ứng Điện tử Quốc phòng Hoa Kỳ đã đề xuất một kế hoạch tới ngành công nghiệp nhằm phát triển vật liệu gốm BeO hiệu suất cao và kể từ đó đã đạt được tiến triển. Trong danh mục vật liệu của trung tâm cung ứng, vị thế của tấm oxit beri đang dần gia tăng, và trong những năm tới, oxit beri sẽ là vật liệu ưu tiên cho các MCM (mô-đun đa chip) công suất cao dùng trong quân sự.

Thông số kỹ thuật