Ketahanan dielektrik seramik lanjutan

Ketahanan dielektrik, juga dikenali sebagai voltan pecah, merujuk kepada intensiti medan elektrik maksimum yang boleh ditanggung oleh sesuatu bahan sebelum ia menjadi konduktor elektrik. Diukur dalam kV/mm (atau MV/m), ia amat penting untuk memastikan kebolehpercayaan penebat dalam aplikasi elektronik, voltan tinggi, dan terma. Artikel ini mengkaji sifat dielektrik bahan seramik utama, plastik, dan bahan gred penebat, memberikan perbandingan yang mudah difahami serta mendalami kepentingannya.

Langkau ke

Apakah ketahanan dielektrik? | Penguji Kekuatan Dielektrik | Hubungi Kami | Kekuatan dielektrik perbandingan | Permohonan | FAQ | Produk berkaitan

Ketahanan dielektrik

Apakah ketahanan dielektrik?

Ketahanan dielektrik menunjukkan medan elektrik maksimum yang boleh ditanggung oleh sesuatu bahan tanpa mengalami keruntuhan elektrik. Dalam pepejal, keruntuhan berlaku apabila tenaga yang mencukupi mengionkan struktur dan membenarkan aliran arus. Ketahanan dielektrik yang tinggi penting untuk mencegah percikan, memastikan keselamatan peralatan dan memanjangkan jangka hayat perkhidmatan.

Sifat seramik secara amnya melebihi plastik dan kaca, dengan ketahanan dielektrik 10–40 kV/mm, manakala plastik menunjukkan ketahanan dielektrik 1–3 kV/mm.

Langkah-langkah keselamatanSeramik boleh menahan medan elektrik dengan lebih baik, tetapi adalah penting untuk memilih seramik yang mempunyai keserasian terma dan mekanikal.

Mengapa ia dianggap sebagai petunjuk teras?

Pandangan Utama

  • Pastikan keselamatan penebat

    Dalam persekitaran voltan tinggi, frekuensi tinggi dan vakum, kekuatan dielektrik yang tidak mencukupi boleh menyebabkan keruntuhan atau percikan.

  • Memanjangkan jangka hayat produk

    Seramik dengan ketahanan dielektrik yang tinggi dapat menahan beban voltan yang lebih tinggi tanpa meningkatkan dimensi komponen.

  • Meningkatkan kebolehpercayaan sistem

    Terutamanya penting dalam sistem aeroangkasa dan perubatan, kerana walaupun kecacatan dielektrik yang kecil boleh menyebabkan kegagalan sistem atau bahkan menimbulkan bahaya keselamatan.

  • Seramik dengan plastik dan cecair:

    Ketahanan dielektrik seramik berkepekaan tinggi (Al₂O₃, AlN, h-BN, BeO) berada dalam julat 15 hingga 40 kV/mm, setanding atau melebihi plastik, dan jauh melebihi cecair seperti minyak transformator atau udara.

  • Perbezaan bahan:

    • Kekuatan pecah seramik h-BN adalah kira-kira 40 kV/mm.
    • AlN dan Al₂O₃ lazimnya digunakan sebagai substrat penebat.
    • Walaupun karbonida silikon sangat keras, ketahanan dielektriknya amat rendah, menjadikannya tidak sesuai digunakan sebagai bahan penebat voltan tinggi.

  • Masalah anisotropik:

    • h-BN menunjukkan keruntuhan bergantung orientasi: kekuatan keruntuhan setinggi 12 MV/cm dicapai selari dengan paksi c.

Ketahanan dielektrik bahan seramik

Bahan seramik Ketahanan dielektrik (kV/mm) Ciri-ciri
Oksida berilium (BeO) ~27 kilovolt bagi setiap milimeter Konduktiviti terma yang cemerlang dan ketahanan dielektrik yang tinggi; Untuk kegunaan dalam peralatan elektronik berkuasa tinggi.
Nitrida aluminium (AlN) ~20 kilovolt bagi setiap milimeter Konduktiviti terma yang tinggi dan penebat elektrik yang cemerlang; sesuai untuk aplikasi mikroelektronik.
ZTA 20% 80–120 kilovolt bagi setiap milimeter Alumina yang diperkukuh dengan zirkonia, mempamerkan ketahanan retakan yang dipertingkatkan dan sifat dielektrik sederhana.
Nitrida silikon (Si₃N₄) ~15 kilovolt bagi setiap milimeter Kekuatan mekanikal yang tinggi dan ketahanan kejutan terma yang cemerlang, sesuai untuk persekitaran yang mencabar.
Boron nitrida (BN) 40 kilovolt setiap milimeter Kestabilan terma yang cemerlang dan sifat penebat elektrik; lazimnya digunakan dalam aplikasi frekuensi radio dan vakum.
Seramik Kaca Mesin (MGC) ~15 kilovolt bagi setiap milimeter Mudah diproses menggunakan mesin sambil mengekalkan penebat elektrik; sesuai untuk pembuatan prototaip dan bentuk tersuai.
Karbid silikon (SiC) 2–10 kilovolt setiap milimeter Kekerasan tinggi dan kekonduksian terma, tetapi ketahanan dielektrik terhad; sesuai untuk aplikasi suhu tinggi.
Oksida aluminium (Al₂O₃, ketulenan 96–99.71%) 17 kilovolt bagi setiap milimeter Seramik teknikal yang meluas penggunaannya, mempamerkan sifat mekanikal, terma dan elektrik yang seimbang.
Oksida zirkonium (ZrO₂) ~9 kilovolts bagi setiap milimeter Kekuatan tinggi dan ketahanan retakan tinggi; ketahanan dielektrik yang agak rendah, namun digunakan dalam aplikasi di mana ketahanan adalah keutamaan.

*Data hanya untuk rujukan.

*Biasanya, sifat dielektrik merosot dengan ketara apabila suhu meningkat.

Perlukan bantuan memilih seramik yang tepat?

Memilih bahan seramik berketeguhan tinggi yang sesuai adalah sangat penting untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang dan prestasi optimum. Sama ada anda memerlukan seramik zirkonia, silikon nitrida, atau berasaskan alumina, bahan kami menawarkan kekuatan, ketahanan, dan ketepatan terkemuka dalam industri.

Pasukan teknikal kami sedia membantu anda – sila hubungi kami dengan segera, dan kami akan memberikan nasihat profesional yang direka khas mengikut keperluan khusus anda.

Kekuatan dielektrik perbandingan

Di bawah adalah carta bar yang membandingkan ketahanan dielektrik seramik canggih dengan plastik dan penebat konvensional.

Seramik
Plastik
Cecair/Udara Penebat

*Data hanya untuk rujukan.

Aplikasi Berdasarkan Kekuatan Dielektrik Seramik

  • Bahan: Aluminium oksida (Al₂O₃) Ketahanan dielektrik: 10–15 kV/mm
  • Gunaan: pemutus litar vakum voltan tinggi, penebat stesen bawah, cincin penebat
  • Kajian Kes: Dalam projek penghantaran voltan ultra-tinggi 500 kV, penebat alumina tulen 99.5% beroperasi dengan boleh dipercayai antara -40°C dan 250°C tanpa mengalami keruntuhan dielektrik.
  • Kelebihan: Kekuatan dielektrik yang tinggi, kestabilan terma yang cemerlang, ketahanan penuaan yang unggul

  • Bahan: Aluminium nitrida (AlN) Ketahanan dielektrik: 12–15 kV/mm Konduktiviti terma: 170–200 W/m·K
  • Aplikasi: modul RF, pembungkusan semikonduktor kuasa, peralatan komunikasi 5G
  • Kajian Kes: Dalam penguat kuasa stesen pangkalan 5G, penggantian substrat oksida aluminium dengan substrat nitrida aluminium meningkatkan dengan ketara pengelasan haba dan kebolehpercayaan dielektrik, membolehkan keluaran frekuensi radio yang stabil sehingga 120W.
  • Kelebihan: ketahanan dielektrik yang tinggi, pemalar dielektrik frekuensi tinggi yang rendah, kekonduksian terma yang tinggi

  • Bahan: dioksida zirkonium terstabil (ZrO₂), ketahanan dielektrik: 8–12 kV/mm
  • Permohonan: rumah tiub sinar-X dalam pengimbas CT, struktur penebatan detektor
  • Kajian Kes: Sistem CT kelas atasan menggunakan sarung seramik zirkonia untuk tiub sinar-X, menghapuskan masalah pelepasan busur yang berkaitan dengan sarung logam sambil meningkatkan kestabilan imej dan memanjangkan jangka hayat operasi.
  • Kelebihan: Sifat penebat elektrik yang sangat baik, kekuatan mekanikal yang tinggi, ketepatan pemesinan yang tinggi

  • Bahan: nitrida silikon (Si₃N₄) atau karbida silikon (SiC); ketahanan dielektrik: ~15 kV/mm dan 20–30 kV/mm masing-masing.
  • Permohonan: Penebat saluran gelombang mikro dalam sistem komunikasi aeroangkasa
  • Kajian Kes: Pemandu gelombang mikro stesen bumi menggunakan seramik karbon silikon yang ditekan panas sebagai struktur penebat untuk mengelakkan kehilangan isyarat akibat keruntuhan elektrik.
  • Kelebihan: Kekuatan dielektrik yang tinggi, ketahanan terhadap kejutan terma, dan ketahanan terhadap kakisan plasma.

  • Bahan: Seramik Kaca Mesin (MGC)
  • Gunaan: Sarung kapasitor elektrostatik, asas sensor kapasitif
  • Kajian Kes: Dalam sistem elektrik aeroangkasa, kapasitor mini yang menggunakan MGC sebagai sarung penebat menahan voltan tinggi semasa beroperasi dalam julat suhu -200°C hingga 800°C.
  • Kelebihan: Kekuatan dielektrik yang sangat tinggi, kemudahan pemesinan, pengembangan termal yang sangat rendah

Seramik dengan kekuatan dielektrik tinggi yang relevan

Seramik Silikon Nitrida - Bahan Seramik Lanjutan - Seramik Zhihao

Seramik nitrida silikon

Seramik Karbida Silikon - Bahan Seramik Lanjutan - Seramik Zhihao

Seramik karbida silikon

Seramik Alumina - Bahan Seramik Lanjutan - Seramik Zhihao

Seramik oksida aluminium

Seramik Zirkonia - Bahan Seramik Lanjutan - Seramik Zhihao

Seramik zirkonia

Soalan Lazim (FAQ)

Boron nitrida (h-BN) mempamerkan ketahanan dielektrik setinggi 40 kV/mm, menandingi atau bahkan melebihi plastik berprestasi tinggi atau cecair penebat.

Mencegah kerosakan penebat dan litar pintas. Semakin tinggi kekuatan, semakin nipis ketebalan penebat yang diperlukan, sekaligus menjimatkan ruang dan kos.

SiC mempamerkan sifat semikonduktor di bawah medan elektrik yang tinggi; walaupun ia mempunyai kekuatan mekanikal, ia tidak sesuai untuk aplikasi penebat semata-mata.

Ketebalan, kekotoran, suhu, kelembapan, dan geometri elektrod boleh menjejaskan voltan pecah sebenar.