Elektrische Eigenschaften technischer Keramik
Technische Keramikwerkstoffe finden aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Eigenschaften breite Anwendung in der Leistungselektronik, der Halbleiterindustrie, der Automobilindustrie und in Hochspannungsanwendungen. Im Gegensatz zu Metallen, die Strom leiten, bieten die meisten modernen Keramiken exzellente elektrische Leitfähigkeiten.
Isolierung kombiniert mit thermischer und mechanischer Stabilität.
Das Verständnis der elektrischen Eigenschaften technischer Keramik ist unerlässlich für die Entwicklung von Bauteilen für Hochspannungsisolation, Hochfrequenzschaltungen und die Gehäusekonstruktion von Leistungsmodulen.
👉 Einen umfassenderen Überblick über keramische Werkstoffe können Sie in unserer Hauptpublikation nachlesen. Technische Keramik Seite.
Elektrische Kerneigenschaften von technischer Keramik
Unter allen elektrischen Eigenschaften technischer Keramik sind vier Parameter besonders kritisch:
• Elektrischer Widerstand
• Durchschlagsfestigkeit
• Dielektrizitätskonstante
• Dielektrischer Verlust
Diese Eigenschaften bestimmen die Isolationsfähigkeit, die Spannungsfestigkeit und die Signalqualität.
1. Elektrischer Widerstand
Der elektrische Widerstand beschreibt den Widerstand eines Materials gegen den elektrischen Stromfluss und wird typischerweise in Ω·cm angegeben.
Typische Werte des spezifischen Volumenwiderstands:
• Aluminiumoxid: >10¹⁴ Ω·cm
• Zirkonoxid: >10¹² Ω·cm
• Siliziumnitrid: 10¹⁴–10¹⁵ Ω·cm
• Aluminiumnitrid: >10¹⁴ Ω·cm
Ein hoher elektrischer Widerstand gewährleistet eine zuverlässige Isolierung auch unter erhöhten Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit. Informationen zu hochisolierenden Materialien finden Sie unter [Link einfügen].Aluminiumoxidkeramik UndSiliziumnitridkeramikDie
2. Durchschlagsfestigkeit
Die Durchschlagsfestigkeit gibt die maximale elektrische Feldstärke an, die ein Material aushalten kann, bevor es zu einem elektrischen Durchschlag kommt. Sie wird typischerweise in kV/mm gemessen.
Typische Durchschlagsfestigkeit:
• Aluminiumoxid: 16–22 kV/mm
• Aluminiumnitrid: 17 kV/mm
• Zirkonoxid: 9–12 kV/mm
Eine hohe Durchschlagsfestigkeit ist entscheidend für:
• IGBT-Module
• Hochspannungsrelais-Komponenten
• Sicherungskörper
• Substrate für Leistungsbauelemente
3. Dielektrizitätskonstante
Die Dielektrizitätskonstante (εr) misst die Fähigkeit eines Materials, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern.
Typische Werte der Dielektrizitätskonstante:
• Aluminiumoxid: 9–10
• Aluminiumnitrid: 9
• Zirkonoxid: 29
• Siliziumnitrid: 8-9
Eine stabile Dielektrizitätskonstante ist unerlässlich für HF-Substrate, Sensorkomponenten und die Signalintegritätskontrolle.
4. Dielektrischer Verlust
Der dielektrische Verlust (tan δ) gibt die Energiedissipation innerhalb eines dielektrischen Materials bei Einwirkung von Wechselfeldern an.
Geringe dielektrische Verluste sind wichtig für:
• Hochfrequenzschaltungen
• Mikrowellensysteme
• HF-Module
Technische Keramikwerkstoffe mit geringen dielektrischen Verlusten gewährleisten eine stabile Leistung in Hochfrequenz-Elektroniksystemen.
Elektrische Eigenschaften wichtiger technischer Keramikwerkstoffe
Aluminiumoxid (Al₂O₃)
Aluminiumoxid ist aufgrund seiner ausgewogenen elektrischen Eigenschaften technischer Keramiken, seiner guten Durchschlagsfestigkeit und seines stabilen spezifischen Widerstands über einen breiten Temperaturbereich eines der am weitesten verbreiteten Isolierkeramiken.
Gängige Anwendungsgebiete:
• Keramische Substrate
• Isolatoren
• Sicherungskörper
• Hochspannungskomponenten
👉 Weitere Details zu unserem AluminiumoxidkeramikSeite.
Aluminiumnitrid (AlN)
Aluminiumnitrid vereint eine hohe elektrische Isolationsfähigkeit mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit und ist daher ideal für Leistungselektronik und Wärmemanagementsysteme geeignet.
• Gängige Anwendungsgebiete:
• IGBT-Substrate
• LED-Wärmeverteiler
• Leistungsmodule
👉 Sehen Aluminiumnitrid-Keramik für detaillierte Spezifikationen.
Siliziumnitrid (Si₃N₄)
Siliziumnitrid bietet hervorragende Isolationseigenschaften in Kombination mit überlegener mechanischer Zuverlässigkeit. Es findet breite Anwendung in hochzuverlässigen Leistungsmodulen und Automobilelektronik.
👉 Sehen Siliziumnitridkeramik für detaillierte Spezifikationen.
Zirkonoxid (ZrO₂)
Zirkonoxid bietet eine mäßige elektrische Isolation und wird typischerweise dann gewählt, wenn die mechanische Festigkeit wichtiger ist als die dielektrische Leistung.
👉 Sehen Zirkonoxid Keramik für detaillierte Spezifikationen.
Beziehung zu anderen Keramik-Eigenschaftskategorien
Diese Seite konzentriert sich zwar auf die elektrischen Eigenschaften technischer Keramik, die Materialauswahl hängt aber auch von folgenden Faktoren ab:
• Mechanische Eigenschaften von Keramik (Festigkeit, Zähigkeit)
• Physikalische Eigenschaften (Wärmeausdehnung, Wärmeleitfähigkeit, Dichte)
• Chemische Beständigkeit
Für eine umfassende Bewertung siehe:
👉 Mechanische Eigenschaften von Keramik
👉 Physikalische Eigenschaften technischer Keramik
👉 Anwendungen von technischer Keramik
Zusammen definieren diese Eigenschaftskategorien das vollständige Leistungsprofil von Hochleistungskeramikwerkstoffen.
Abschluss
Die elektrischen Eigenschaften technischer Keramiken – einschließlich des elektrischen Widerstands, der Durchschlagsfestigkeit, der Dielektrizitätskonstante und des dielektrischen Verlusts – ermöglichen eine zuverlässige Isolation und Signalsteuerung in leistungsstarken elektronischen Systemen.Durch die sorgfältige Bewertung von Spannungsbedingungen, Frequenzanforderungen und thermischen Einschränkungen können Ingenieure Keramikwerkstoffe auswählen, die eine langfristige elektrische Zuverlässigkeit und Systemstabilität gewährleisten.
