說起氧化鈹,不管是吃瓜群眾還是專業群眾,第一反應,都是:有毒。有毒。有毒。雖然氧化鈹是有毒的,但氧化鈹陶瓷是沒毒的,就跟塑料本來是沒毒的,但合成塑料的東西常常也是有毒是一樣的道理。
本文將為大家整理一下氧化鈹陶瓷材料的一些特性及應用。
一、氧化鈹陶瓷的特性
氧化鈹因具有高熱導率,高絕緣性,高熔點,高強度,低介電常數、低介質損耗、高的化學和穩定性以及良好的工藝適應性,在特種冶金、真空電子技術、核技術、微電子與光電子技術領域有著廣泛的應用。
★★★尤其是在大功率半導體器件、集成電路、微波電真空器件及核反應堆中,BeO一直是制備高導熱元部件的主流陶瓷材料。
所以,BeO最大的優點是:熱導率大!
★★★氧化鈹陶瓷除了有較高的熱導率外,其優良的電性能也是很重要的。
介電常數ε是衡量電介質儲存電荷的能力,通常稱為電容率,是陶瓷的特征參數。介質損耗角正切值tanδ是陶瓷在電磁場中的功率損耗的一部分,是關鍵的特種參數。這兩者受化學成分、體積密度、顯微結構以及頻率、溫度等因素的影響。
對于氧化鈹陶瓷而言,通常是:隨著介質損耗角正切值tanδ增大,ε變化不大。但有的情況是:隨著頻率的提高,ε值會稍稍變大;或者是隨著頻率提高,ε會稍稍變小。
所以,BeO有個優點是:低介質損耗!
★★★眾所周知,BeO是一種有毒物質,在制造和使用過程中產生的BeO粉塵和蒸汽對人體健康會造成嚴重的損害,對其毒性采取的防護措施額外增加了成本,使原來就價格不菲的BeO陶瓷變得更加昂貴。
所以,BeO的最大的毛病是:原理粉塵有毒,價格不菲!
氧化鈹陶瓷的制作工藝過程中,粉塵和蒸汽的出現,屬于一級高毒性,但與鈹礦開采和鈹精煉相比。其皮濃度和毒害相差甚遠,自由防護措施有力,完全可以避免產生中毒現象。
盡管氧化鈹粉體具有高毒性,成本也比較昂貴,但國內外有關領域及部分仍然在大量的使用。下文將為大家簡單介紹氧化鈹陶瓷的各個應用領域。
二、氧化鈹陶瓷的應用
1、在大功率電子器件和集成電路上的應用
以往的電子器件的研發多關注與性能設計和機構設計,而今,較多關注的是熱設計,不少大功率器件的熱損耗的技術問題得不到很好的解決。而BeO(氧化鈹)具有高的電導率和低的介電常數是陶瓷材料,使其在電子技術領域得到廣泛應用。
BeO陶瓷目前已用于高性能、高功率微波封裝件、高頻電子晶體管封裝、高電路密度的多片組件。采用BeO材料可以將系統中產生的熱量及時的散去,保證系統的穩定性及可靠性。
BeO用于高頻電子晶體管 封裝
備注:晶體管是一種固體半導體器件,具有檢波、整流、放大、開關、穩壓、信號調制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關,能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機械開關不同,晶體管利用電訊號來控制自身的開合,而且開關速度可以非常快,實驗室中的切換速度可達100GHz以上。
2、在核反應堆中的應用
核反應堆陶瓷材料是反應堆使用的重要材料之一,在反應堆和聚變堆中,陶瓷材料收到高能粒子和γ射線的輻射,因此,除了耐高溫、耐腐蝕,陶瓷材料還需要具備較好的結構穩定性。核燃料的中子反射劑、減速劑(慢化劑)通常采用BeO、B4C或石墨材料。
氧化鈹陶瓷高溫輻照穩定性比金屬好,密度比金屬鈹大,高溫下強度好,熱傳導率高,且比金屬鈹價格便宜。使更它適用于用作反應堆中的反射體、減速劑和彌散相燃燒集體。氧化鈹可做核反應堆中的控制棒,它與U2O陶瓷可以聯合使用成為核燃料。
3、高級耐火材料—特種冶金坩堝
BeO陶瓷產品是一種難熔材料。BeO陶瓷坩堝可用于熔融稀有金屬和貴金屬,特別是用在要求高純金屬或合金的場合下。坩堝的工作溫度可達2000℃。
由于其高的熔融溫度(約2550℃)、高的化學穩定性(耐堿)、熱穩定性和純度,BeO陶瓷可用來熔融釉和钚。此外,這些坩堝還成功地被用來制造銀、金和鉑的標準樣品。BeO對于電磁輻射的高度“透明”性允許采用感應加熱的方式來熔煉其中的金屬樣品。
4、其他應用
a 、氧化鈹陶瓷的導熱性性能良好,比常用的石英高出兩個數量級,因而激光器的效率高,輸出功率大。
★舉例:哈薩克斯坦,烏爾斯基金屬冶煉廠(Y M 3)該廠隸屬于哈薩克斯坦國家原子能股份有限公司,主要生產BeO粉料,Be金屬粉、銅-鈹合金、鋁-鈹合金、鎳-鈹合金等原材料,該廠生產的激光器用BeO放電管,其長度可達到1.5米。
b、BeO陶瓷可作為一種組分加入各種成分的玻璃 中。含氧化鈹的玻璃,能透過X射線,用這種玻璃 制作的X射線管可用于結構分析,在醫學上用來治療皮膚病。
氧化鈹陶瓷和其他電子陶瓷不一樣,迄今為止它的高熱導和低損耗特性是其他材料難以替代的,一方面由于許多科學技術領域的大量需要,另一方面又由于氧化鈹具有毒性,防護措施性當嚴格和困難,致使世界上能安全生產的工廠為數不多,國外有些發達的工業國家(如日本)則完全靠進口。美國是世界上BeO陶瓷產量最大,生產技術最高,產品性能最好的國家,其次是英國、哈薩克斯坦。
參考文獻
1、氧化鈹陶瓷的應用綜述,李文芳等著。
2、氧化鈹陶瓷材料的性能及應用,趙世柯等著。
粉體圈 作者:小白
作者:粉體圈
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