Hall-Effekt-Triebwerke

Keramik für Hall-Effekt-Triebwerke

Precision Ceramics verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Arbeit mit keramischen Materialien und bietet Kanäle in unterschiedlichen Materialqualitäten in Größen von 12 mm bis über 300 mm Durchmesser.

Über viele Jahrzehnte hinweg wurde eine Vielzahl von Materialien als Isolierkanäle in Hall-Effekt-Triebwerken verwendet. Zunächst experimentell, dann aufgrund bewährter Erfahrungen im Weltraum, wurde eine kleine Gruppe von Materialien zum Standardmaterial.

Wir untersuchen fünf technische Keramiksorten von Precision Ceramics und vergleichen ihre Materialeigenschaften . Weitere Informationen zu den einzelnen Sorten finden Sie in den jeweiligen Datenblättern .

Suchen Sie nach einem Material mit bestimmten Eigenschaften für den Einsatz in einem Hall-Effekt-Thruster-Kanal? Wir können Ihnen mit unserer Erfahrung und unserem Wissen helfen.

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Hall Effect Thrusters used in Satellites

Materialien für Hall-Effekt-Triebwerke

Shapal Hi M Soft

Bearbeitbares Aluminiumnitrid

Shapal Hi M – weich, elektrisch isolierend, hervorragend bei Thermoschocks, absolut dicht und ein ausgezeichneter Wärmeleiter.

Klasse M26

Bornitrid

Bornitrid M26 hat im Vergleich zu Shapal Hi M Soft und AX05 eine geringere Wärmeleitfähigkeit und elektrische Isolierung.

PCBN2000

Bornitrid

PCBN2000 weist eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit bei geringer Wärmeausdehnung auf. Lässt sich leicht bearbeiten und weist eine gute Biegefestigkeit auf.

Klasse HP

Bornitrid

HP ist nützlich, wenn geringe Wärmeausdehnung, hohe Wärmeschockbeständigkeit und starke elektrische Eigenschaften erforderlich sind.

Klasse AX05

Bornitrid

AX05 bietet einen hohen spezifischen Widerstand und eine hohe Durchschlagsfestigkeit bei niedrigem Verlustfaktor und niedriger Dielektrizitätskonstante.

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Materialauswahl für Hall-Effekt-Kanäle

Die Auswahl von Keramik für Hall-Effekt-Kanäle erfordert ein leichtes Material mit hervorragender elektrischer Isolierung. Das Material muss konsistente elektrische/chemische/mechanische Eigenschaften aufweisen und in komplexe, präzise Geometrien verarbeitet werden können. Shapal Hi M Soft und die Bornitrid-Sorten haben sich bewährt und wurden von Raumfahrtagenturen auf der ganzen Welt gründlich getestet. Es werden ständig neue Materialsorten hinzugefügt, da Preis und Verfügbarkeit Faktoren sein können, die die Auswahl beeinflussen. Eine kontinuierliche Bewertung dieser Materialien stellt das bestmögliche Materialangebot sicher.

Für die einzelnen Materialqualitäten sind folgende Überlegungen zu berücksichtigen:

Shapal Hi M Soft ist ein Verbundwerkstoff aus Aluminiumnitrid und Bornitrid. Es ist ein sehr gleichmäßiges, homogenes Material mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit, ist elektrisch isolierend und absolut dicht. Da es härter als die anderen Materialien ist, können feine Details bearbeitet werden.
M26 ist ein Verbundwerkstoff aus Bornitrid und Siliziumdioxid. Es wird in sehr großen Blöcken hergestellt, um die Herstellung der größten Hall-Effekt-Thruster-Kanäle zu ermöglichen. Das Material hat nicht die hohe Wärmeleitfähigkeit oder die elektrischen Isoliereigenschaften von Shapal Hi M soft oder AX05, ist aber eine kostengünstigere Alternative zu diesen beiden Materialien.
AX05 ist eine bindemittelfreie Bornitridsorte, die von allen betrachteten Materialien die niedrigste Dichte aufweist, aber eine Porosität von über 20 % hat, sodass das Bindemittel während des Sinterns entfernt werden kann. Die Entfernung des Bindemittels kann nur bei begrenzten Wandstärken erreicht werden. Daher kann AX05 nur in relativ kleinen Barren hergestellt werden. Durch die Entfernung des Bindemittels bleibt reines Bornitrid mit guter elektrischer Leistung übrig, das jedoch schwächer ist als die anderen Materialoptionen.
PCBN2000 ist ein weiterer Bornitrid/Silica-Verbundwerkstoff ähnlich M26, jedoch mit einem etwas höheren Silica-Gehalt.
HP ist ein Bornitrid mit einem Calciumborat-Bindemittel, das in großen Rohlingen für große Kanäle hergestellt wird. Es wird in zahlreichen weltraumgestützten Anwendungen eingesetzt.

Material Eigenschaften

In der folgenden Tabelle werden die bei Precision Ceramics verfügbaren Materialien, die in Hall-Effekt-Triebwerken verwendet werden, sowie die entsprechenden Eigenschaften verglichen:

Eigenschaft	Einheit	Shapal Hi M Soft	Klasse M26	PCBN2000	Klasse HP	Klasse AX05
Zusammensetzung	–	AlN/BN-Verbundwerkstoff	BN/Silica-Komposit	BN/Silica-Komposit	BN (Calciumborat-Bindemittel)	BN (Bindemittelfreie Sorte)
Dielektrische Stärke	kV/mm	65	66	–	>10	79
Wärmeleitfähigkeit	W/mK	92	11 ∥ / 29 ⊥	–	27 ∥ / 29 ⊥	78 ∥ / 130 ⊥
WAK 25°C ➞ 400°C	10 ^-6 /K	4.8	3.0 ∥ / 0.4 ⊥	–	0.6 ∥ / 0.4 ⊥	-2,3 ∥ / -0,7 ⊥

Anmerkung: ∥ = Parallel und ⊥ = Senkrecht

Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) beschreibt, wie sich die Größe eines Objekts bei einer Temperaturänderung ändert.

Haftungsausschluss: Die angegebenen Werte sind Mittelwerte und typisch für die Ergebnisse von Testproben. Sie dienen lediglich als Anhaltspunkt für die Gestaltung von Keramikkomponenten und stellen in keiner Weise eine Garantie dar. Die tatsächlichen Werte können je nach Form und Größe der geplanten Komponente variieren.