什么是氧化铍(BeO)陶瓷?

氧化铍,通常称为BeO,是一种高度专业的陶瓷材料,以其卓越的导热性、高电阻率和出色的机械强度而闻名。氧化铍的化学式为BeO,也常被表示为氧化铍的化学式、氧化铍的化学式或氧化铍的化学式。作为一种高性能陶瓷,BeO因其独特的电绝缘性和可与铝等金属相媲美的导热性而脱颖而出,在先进材料中脱颖而出。这种双重特性使氧化铍成为需要高效散热和电隔离的应用中不可替代的材料。

氧化铍的优点

BeO氧化铍陶瓷具有一系列特性,使其在先进技术领域备受追捧。

BeO 堪称 BeO 的巅峰之作。高纯级 BeO 的热导率高达 330 W/(m·K),接近铝金属(约 250 W/(m·K)),比氧化铝 (Al₂O₃) 高 6-10 倍。BeO 是快速散热的首选材料,尤其适用于高功率半导体激光器、射频晶体管以及航空航天和国防系统中的关键部件。

BeO 即使在高温下也能保持高电阻率 (>10¹⁴ Ω·cm),防止电流泄漏并确保高压和高频设备中的信号完整性。

BeO在高达1800°C的惰性气体或真空环境中表现出卓越的稳定性,在氧化性气体环境中,最高温度可达约1650°C,才会出现显著挥发。其熔点高达2575°C。

BeO 组件具有良好的机械强度和非常高的杨氏模量,在显著的热负荷和机械负荷下仍能保持尺寸稳定性。

BeO 的介电常数 (ε ≈ 6.7) 和损耗角正切 (tan δ ≈ 0.0003) 非常低,使其非常适合必须最大限度减少信号衰减的高频微波和射频传输应用(例如雷达、卫星通信)。

BeO 具有较低的中子吸收截面和较高的中子散射截面,使其成为核裂变反应堆和研究应用中有效的中子减速剂和反射器。

Industry Applications

氧化铍陶瓷因其极高的导热系数和优异的电绝缘性能,被广泛应用于大功率电子及射频器件的散热基板、半导体封装及微波器件的电绝缘结构,以及激光器、真空管和核能技术中的高温绝缘体和耐热元件,还可用于制造高纯坩埚、导热元件和特种传感器,在需要高效散热且保持绝缘的关键场合发挥着不可替代的作用。

氧化铍材料现有等级

致好陶瓷提供多种氧化铍产品等级和规格以满足应用需求:

氧化铍的主要性质

以下数值为典型材料特性,可能因产品配置和制造工艺而异。如需了解更多详情,请随时联系我们。

properties B-97 B-99 B-99.5
介电常数(1MHz) 6.9±0.4 6.6±0.2 6.6±0.2
介电常数(~10 GHz) 6.9±0.4 6.9±0.2 6.8±0.2
介电损耗tanδ(1MHz) ≤4×10⁻⁴ ≤4×10⁻⁴ ≤4×10⁻⁴
介电损耗tanδ(10GHz) ≤8×10⁻⁴ ≤6×10⁻⁴ ≤4×10⁻⁴
体积电阻率(25℃) ≥ 1×10¹⁴ ≥ 1×10¹⁴ ≥ 1×10¹⁴
直流击穿强度 ≥15千伏/毫米 ≥30千伏/毫米 ≥40千伏/毫米
bending strength ≥170兆帕 ≥200兆帕 ≥200兆帕
堆积密度 ≥ 2.85 克/立方厘米 ≥ 2.85 克/立方厘米 ≥ 2.88 克/立方厘米
热膨胀系数 (25–500 摄氏度) 7.0–8.5 ×10⁻⁶ 7.0–8.0 ×10⁻⁶ 7.0–8.0 ×10⁻⁶
热导率(25℃) ≥200瓦/米·开尔文 ≥260瓦/米·开尔文 ≥285瓦/米·开尔文
热导率(100℃) ≥160瓦/米·开尔文 ≥190瓦/米·开尔文 ≥200瓦/米·开尔文
thermal shock resistance 无裂纹 经过 经过
在1:9 HCl中化学稳定性 ≤0.3毫克/平方厘米 ≤ 0.1 毫克/平方厘米 ≤ 0.1 毫克/平方厘米
在10%NaOH中化学稳定性 ≤0.2毫克/平方厘米 ≤ 0.1 毫克/平方厘米 ≤ 0.1 毫克/平方厘米
泄漏率 ≤1×10⁻¹⁰帕·立方米/秒 ≤5×10⁻¹²帕·立方米/秒 ≤5×10⁻¹²帕·立方米/秒
平均粒径 12–30微米 10–20微米 10–20微米

关键性能比较 – BeO 与其他技术陶瓷

properties Beryllium oxide (BeO) 氧化铝(Al₂O₃ 99%) Aluminum Nitride (AlN) 沙帕尔(AlN-SiC)
Thermal conductivity (W/m-K) 230 – 260 20 – 30 170 – 180 85 – 90
热膨胀系数 (x10⁻⁶/K) 7.0 – 8.5 6.5 – 8.0 4.5 – 5.5 4.5 – 5.5
介电常数 (1MHz) 6.7 9.8 8.6 – 9.0 7.0 – 7.5
介电损耗(tanδx10⁻⁴) 1 – 5 1 – 2 1 – 10 5 – 15
抗弯强度(MPa) 170 – 300 300 - 400 300 - 400 450 – 600
Density (g/cm3) 2.85 – 3.01 3.85 – 3.95 3.25 – 3.35 3.10 – 3.20

氧化铍应用案例

致好陶瓷的氧化铍 (BeO) 陶瓷兼具超高导热性、优异的电绝缘性、低介电常数以及卓越的高温稳定性,使其成为高要求行业中最先进的陶瓷解决方案之一。BeO 陶瓷的热膨胀系数接近硅,是高性能电子封装和热管理的理想选择。

BeO陶瓷的主要应用:

  • 功率半导体封装基板
  • 微波设备绝缘体
  • 高功率激光元件
  • 电气隔离和散热元件
  • 核能及航空航天结构件
  • 雷达和通信系统衰减器
  • 陶瓷环、板和管
  • 高精度电子封装底座
  • 真空及高频电子系统零件
  • 定制复杂陶瓷部件
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氧化铍陶瓷管
金属化氧化铍基板

氧化铍陶瓷的毒性

虽然高纯度氧化铍陶瓷非常安全,但不可忽视的是,氧化铍粉尘对人体具有毒性。这就像塑料在使用时不会产生毒素,但由塑料制成的材料由于同样的原因一般都具有毒性。加工成固体形式的氧化铍陶瓷不会对人体健康造成特别的危害。

氧化铍加工

氧化铍陶瓷具有极高的导热性和优异的电绝缘性,是电力电子和高频设备的理想材料。致好陶瓷拥有全面的氧化铍陶瓷加工能力,为客户提供业界领先的性能、耐用性和精度。

在加工过程中,我们采用金刚石研磨和精密抛光技术,实现微米级精度,满足高功率模块、微波器件和激光系统对结构精度和表面质量的严苛要求。我们还支持金属化、钎焊和封装工艺,使客户能够将氧化铍陶瓷应用于更广泛的行业领域。

凭借多年的技术经验和先进的设备,我们不仅提供标准化零件,还可以为客户定制复杂结构部件和高可靠性产品。

CNC grinding and milling

CNC milling, turning and grinding to micron tolerances.

Grinding and polishing

Surface polishing results in smooth surfaces and optical grade surfaces.

Laser processing of ceramic substrates

Ceramic Laser Cutting

For laser drilling and cutting of complex geometries.

Metal and Ceramic Brazed Assemblies - 600x600

Metallization and welding

Metallization (Mo/Mn, W) for ceramic-to-metal brazing.

common problems

氧化铍的摩尔质量计算如下:铍(Be)= 9.012 g/mol,氧(O)= 16.00 g/mol。因此,BeO = 9.012 + 16.00 = 25.012 g/mol。

铍(Be)在其化合物中几乎只表现出+2的氧化数。在氧化铍(BeO)中,铍的氧化态为+2,氧的氧化态为-2。

虽然 氧化铍(BeO)的分子式 暗示它是一种离子化合物(Be²⁺和O²⁻),但由于Be²⁺离子电荷密度高且尺寸小,其键合具有显著的 共价性 (估计约为63%)。这种共价性使其具有较高的熔点和硬度。它通常被描述为具有极性共价键。

有毒,氧化铍剧毒,尤其是粉末或烟雾状。吸入会导致慢性铍病 (CBD),这是一种严重且通常终身存在的肺部疾病,以及铍致敏性。它也是已确认的人类致癌物(IARC 第 1 类)。致密、完全烧结的陶瓷部件 如果完好无损,风险极小,但任何会产生粉尘的加工都需要格外小心,并严格控制工业卫生。

氧化铍(BeO),也称为氧化铍(Beryllia),是一种白色晶体无机化合物,化学式为BeO。它是一种耐火陶瓷材料,因其优异的导热性(氧化物中最高)、高电阻率、高熔点和良好的机械强度而备受推崇。它在电子、核能和航空航天领域有着重要的应用。

氧化铍BeO的主要用途 包括:

高功率电子设备(激光器、射频晶体管、模块)的散热器和基板。

氧化铍的化学式是BeO。氧化铍的化学式表明它由一个铍原子(Be)和一个氧原子(O)键合而成。

氧化铍是 两性的。这意味着它既能与强酸反应,也能与强碱反应:
* 与酸反应: BeO + 2H⁺ → Be²⁺ + H₂O;
* 与碱反应:( BeO + 2OH⁻ + H₂O → [Be(OH)₄]²⁻四羟基铍酸根离子)。

固体烧结的氧化铍陶瓷在水中的溶解度极低,反应速度极慢,甚至根本不会发生反应。然而,新鲜制备的极细氧化铍粉末可以与水缓慢反应生成氢氧化铍: BeO + H₂O → Be(OH)₂

生产氧化铍粉末的主要工业方法包括:

1. 热分解:将氢氧化铍 (Be(OH)₂) 或硫酸铍 加热(BeSO₄) 至高温:( Be(OH)₂ → BeO + H₂O 约400-500°C), 2BeSO₄ → 2BeO + 2SO₂ + O₂ (约1100°C)。

2. 矿石加工:从铍矿(绿柱石、绿柱石)中提取铍的过程十分复杂,通常涉及熔剂熔炼、酸浸(硫酸)、溶剂萃取、氢氧化物沉淀以及最终煅烧成氧化物等步骤。主要的工业路线是硫酸法和氟化法。

没有,氧化铍本身不具有放射性。它是一种稳定的化合物。然而,天然铍中含有微量的不稳定同位素¹⁰Be,但其浓度远低于氧化铍的含量,不足以使其具有显著的放射性或构成辐射危害。氧化铍的主要危害是化学毒性(参见问题4),而不是放射性。

aluminum nitride

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