Elektronische Keramik:
Elektronische Keramik bezeichnet verschiedene Keramiken, die in der Elektroniktechnik Anwendung finden, insbesondere Keramikwerkstoffe, die in der Elektronikindustrie zur Herstellung elektronischer Bauteile und Geräte verwendet werden. Sie werden im Allgemeinen in Strukturkeramik und Funktionskeramik (vorwiegend elektrisch funktionell) unterteilt. Strukturkeramik bezeichnet Keramikwerkstoffe, die zur Herstellung von Substraten, Gehäusen, Befestigungselementen und Isolierteilen für elektronische Bauteile, Geräte, Baugruppen und Schaltungen verwendet werden; diese werden auch als Bauelementkeramik bezeichnet.
Sie lassen sich grob in drei Typen unterteilen: Vakuumkeramik, Widerstandssubstratkeramik und Isolierkomponenten. Funktionale Keramiken hingegen sind keramische Werkstoffe, die zur Herstellung von Kondensatoren, Widerständen, Induktivitäten, Wandlern, Filtern, Sensoren usw. verwendet werden und in Schaltungen eine oder mehrere Funktionen erfüllen. Sie lassen sich in Kondensatorkeramiken, ferroelektrische Keramiken, piezoelektrische Keramiken, Halbleiterkeramiken und magnetische Keramiken einteilen.
Elektronische Keramikwerkstoffe zeichnen sich durch ihre elektrischen, magnetischen, optischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften sowie ihre Fähigkeit zum Wechsel zwischen diesen Zuständen aus. Sie sind Schlüsselmaterialien in zahlreichen Hightech-Bereichen, darunter Elektronik, Kommunikation, Automatisierungstechnik, Informationstechnologie, Lasertechnik, Medizin, Maschinenbau, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Kerntechnik und Biotechnologie. Elektronische Keramik macht Berichten zufolge etwa 701 Tsd. Billionen des Gesamtwerts von Hochleistungskeramik aus und generiert bedeutende gesellschaftliche Vorteile und erhebliche wirtschaftliche Erträge. Daher genießen sie in wirtschaftlich fortgeschrittenen Ländern und Regionen hohe Priorität bei der Entwicklung. Elektronische Keramik lässt sich nach Anwendung und Funktionalität in folgende Typen unterteilen: Isolierkeramik, dielektrische Keramik (hauptsächlich für Kondensatoren), Halbleiterkeramik, leitfähige Keramik und supraleitende Keramik.
Kurze Einführung in gängige elektronische Keramiktypen:
① Isolierkeramik
Der Isolationsmechanismus von Isolierkeramiken beruht auf der Energiebandstruktur des Festkörpers: Das mit Elektronen besetzte Band wird Valenzband genannt, das nicht besetzte Band Leitungsband. Der Bereich zwischen Valenz- und Leitungsband wird als Bandlücke bezeichnet.
Ist die Bandlückenbreite ausreichend groß (mehrere eV oder mehr), können Elektronen im Valenzband nicht ohne Weiteres angeregt werden, um die Bandlücke zu überwinden und in das Leitungsband zu gelangen. Dies bedeutet, dass eine Elektronenmigration praktisch unmöglich ist, wodurch der Festkörper zu einem typischen Isolator wird.
Isolierkeramiken, auch Gerätekeramiken genannt, sind keramische Werkstoffe, die in elektronischen Geräten zur Montage, Befestigung, Abstützung, zum Schutz, zur Isolierung, Trennung und Verbindung verschiedener Funkkomponenten und -geräte eingesetzt werden. Sie zeichnen sich durch eine niedrige Dielektrizitätskonstante, geringe dielektrische Verluste, einen hohen spezifischen Widerstand, eine hohe Durchschlagsfestigkeit, eine hohe mechanische Festigkeit, ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und stabile Leistung unter wechselnden Feuchtigkeits- und Frequenzbedingungen aus.
Isolierkeramiken werden bei 1000 °C gebrannt. Aufgrund unvollständiger Sinterung weisen sie typischerweise Hygroskopizität auf und sind als Isoliermaterialien ungeeignet. Durch die Verarbeitung mit Flussmitteln wie Ton, bei erhöhten Temperaturen über Wasser und mit geeigneten Feldspatzusätzen bei hohen Temperaturen,
Isolierkeramiken, die bei 1200 °C gebrannten, weisen eine hohe Dichte und Transparenz auf. Mit dem Aufkommen der Elektronik wurden sie als Isoliermaterialien eingesetzt und entwickelten sich später zu den heutigen metallurgischen Industriekeramiken und chemischen Keramiken weiter.
Anwendungsgebiete von Isolierkeramik:
Substrate für integrierte Schaltungen, elektronische Bauelemente
Die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Bauelemente führt dazu, dass Substrate in integrierten Schaltungen eingesetzt werden, um Dickschichtbauteile, Verbindungen, oberflächenmontierte Elemente und die Verkapselung zu tragen. In Hochleistungsschaltungen dienen Substrate zudem der Wärmeableitung.
② Dielektrische Keramik
Dielektrische Keramiken gehören im Wesentlichen zur selben Keramikkategorie wie Isolierkeramiken. Im Gegensatz zu Isolierkeramiken werden jedoch nur solche Keramiken als dielektrische Keramiken bezeichnet, die primär dielektrische Eigenschaften nutzen. Alternativ lässt sich sagen, dass dielektrische Keramiken eine Klasse von Keramiken darstellen, deren dielektrische Eigenschaften gezielt gesteuert werden, um hohe Dielektrizitätskonstanten, geringe dielektrische Verluste und geeignete Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstante zu erzielen. Dielektrische Keramiken bilden das größte Produktionssegment innerhalb der Elektronikkeramik und werden hauptsächlich in Keramikkondensatoren und dielektrischen Mikrowellenbauteilen eingesetzt.
③Piezoelektrische Keramik
Piezoelektrische Keramiken erzeugen piezoelektrische Effekte und finden in verschiedensten Produktionsbereichen und im Alltag breite Anwendung, von Feuerzeugen bis hin zu Raumfähren. Derzeit produzieren über hundert Hersteller in China piezoelektrische Keramikmaterialien und -bauteile, was zu einem intensiven Wettbewerb führt. Die meisten piezoelektrischen Keramiken enthalten derzeit Blei. Angesichts des wachsenden Umweltbewusstseins sind bleifreie piezoelektrische Keramiken ein unausweichlicher Trend der Zukunft.
Das Produktsortiment von Norke umfasst spezialisierte Keramikwerkstoffe, darunter Isolator Elektrische Keramik. Diese Produkte finden breite Anwendung in verschiedenen High-End-Branchen, darunter Elektronik, Maschinenbau, Chemie, Metallurgie, neue Energien und Halbleiter.