Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken

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Grundlegende Konzepte der Dielektrizitätskonstante
Die Dielektrizitätskonstante ist eine physikalische Größe, die die Fähigkeit eines Materials, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern, beschreibt und üblicherweise durch das Symbol \ (\ varepsilon-r ) dargestellt wird. Sie spiegelt die Polarisationsfähigkeit des Materials im Vergleich zum Vakuum wider. Je höher die Dielektrizitätskonstante, desto größer ist der Polarisationsgrad des Materials im elektrischen Feld und desto mehr elektrische Energie wird gespeichert.

Der Bereich der Dielektrizitätskonstanten von Siliziumnitridkeramiken
Die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramik variiert je nach Herstellungsverfahren, Mikrostruktur und Prüfbedingungen. Im Allgemeinen liegt die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken zwischen 7,8 und 10. Ein Beispiel:
-Bei einer Frequenz von 1 MHz beträgt die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramik typischerweise 8,2 bis 9,5.
-Poröse Siliziumnitridkeramiken, die mit speziellen Verfahren hergestellt werden, können eine Dielektrizitätskonstante von 3,5 bis 4,6 aufweisen.
-Die Siliciumnitridkeramik mit niedriger Dielektrizitätskonstante, die durch Zugabe von Porenbildnern hergestellt wird, kann ihre Dielektrizitätskonstante weiter verringern.

Faktoren, die die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken beeinflussen

1. Mikrostruktur
   -Zusammensetzung der Kristallphasen: Siliciumnitridkeramiken bestehen hauptsächlich aus zwei Kristallphasen, α-Si ∝ N ₄ und β-Si ∝ N ₄, wobei die α-Phase eine relativ niedrige Dielektrizitätskonstante und die β-Phase eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweist.
   -Porenrate: Das Vorhandensein von Poren verringert die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken. Je höher die Porosität ist, desto niedriger ist die Dielektrizitätskonstante. So haben poröse Siliziumnitridkeramiken mit einer Porosität von 30% bis 55% eine Dielektrizitätskonstante von nur 3,5 bis 4,6.
   -Korngröße: Eine Zunahme der Korngröße führt in der Regel zu einem Anstieg der Dielektrizitätskonstante.
2. Vorbereitungsprozess
   -Sintertemperatur: Eine höhere Sintertemperatur trägt zur Verdichtung und damit zur Erhöhung der Dielektrizitätskonstante bei.
   -Zusatzstoffe: Die Zugabe von Sinterhilfsmitteln wie Seltenerdoxiden kann die Mikrostruktur und die dielektrischen Eigenschaften von Siliziumnitridkeramiken beeinflussen. So kann beispielsweise die Zugabe einer geringen Menge an Seltenerdoxid die Sauerstoffdefekte des Gitters verringern und die Wärmeleitfähigkeit verbessern, aber die Auswirkungen auf die Dielektrizitätskonstante sind komplexer.
3. Prüfbedingungen
   -Frequenz: Die Dielektrizitätskonstante nimmt in der Regel mit steigender Prüffrequenz ab. Unter Hochfrequenzbedingungen kann die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken erheblich abnehmen.
   -Temperatur: Bei hohen Temperaturen kann sich die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken je nach thermischer Stabilität und Mikrostruktur des Materials ändern.

Die Bedeutung der Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken für die Anwendung
Die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken ist in vielen Bereichen von großer Bedeutung:

1. Elektronische Geräte: Die hohe Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramik verleiht ihnen hervorragende Isolationseigenschaften in elektronischen Hochfrequenzgeräten und kann zur Herstellung von Hochfrequenz-Schaltungssubstraten verwendet werden.
2. Material für Antennenabdeckungen: Siliziumnitridkeramik mit niedriger Dielektrizitätskonstante kann zur Herstellung von Antennenabdeckungen für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge verwendet werden, die die Anforderungen an die Signalpenetration erfüllen und die strukturelle Festigkeit erhalten.
3. Anwendung in Hochtemperaturumgebungen: Siliziumnitridkeramik kann bei hohen Temperaturen hohe dielektrische Eigenschaften beibehalten und eignet sich daher für elektronische Hochtemperaturgeräte und Sensoren.

Die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitrid-Keramik ist ein wichtiger Parameter für die Materialleistung mit einer großen Bandbreite an Werten, die erheblich von der Mikrostruktur, dem Präparationsprozess und den Testbedingungen beeinflusst wird. Durch die Optimierung des Präparationsprozesses und der Mikrostruktur kann die Dielektrizitätskonstante von Siliziumnitridkeramiken so gesteuert werden, dass sie den Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien gerecht wird.