Was ist Durchschlagsfestigkeit?
Die Durchschlagsfestigkeit, auch Durchschlagsspannung genannt, bezeichnet die maximale elektrische Feldstärke, die ein Material ohne elektrischen Durchschlag aushalten kann . Sie wird in Kilovolt pro Millimeter (kV/mm) gemessen und ist eine entscheidende Eigenschaft für Isolatoren in Hochspannungsumgebungen. Hochleistungskeramiken zeichnen sich in diesem Bereich durch eine Kombination aus hoher Durchschlagsfestigkeit, chemischer Beständigkeit und thermischer Stabilität aus.
Warum ist die Durchschlagsfestigkeit wichtig?
Keramische Werkstoffe mit hoher Durchschlagfestigkeit sind in modernen Industrien unverzichtbar, da sie den sicheren und effizienten Betrieb elektrischer Komponenten gewährleisten. Von der Leistungselektronik über HF-Geräte bis hin zu Luft- und Raumfahrtsystemen verhindert die Wahl des richtigen Materials vorzeitige Ausfälle und verbessert die Systemleistung.
Welche Faktoren beeinflussen die Durchschlagsfestigkeit in Keramik?
Materialreinheit und -zusammensetzung
Betriebstemperatur
Oberflächenbeschaffenheit und Dicke
Feuchtigkeitsaufnahme und Luftfeuchtigkeit
Vorhandensein von Poren oder Mikrorissen
Anwendungen von Keramik mit hoher Durchschlagfestigkeit
- Hochspannungsisolatoren
- Substrate für integrierte Schaltkreise und Halbleiter
- Komponenten in HF-/Mikrowellen- und Röntgensystemen
- Medizinische Geräte und bildgebende Geräte
- Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungselektronik
Top-Keramikmaterialien nach Durchschlagsfestigkeit
Bornitrid (BN)
- Durchschlagsfestigkeit: Bis zu 100 kV/mm
- Hauptmerkmale: Hervorragende thermische Stabilität, nicht benetzbar durch geschmolzene Metalle, hoher Isolationswiderstand, mechanisch weicher.
- Anwendungen: Tiegel, Isolatoren in Hochtemperatur-Vakuumsystemen, Weltraumtriebwerke.
Macor® Glaskeramik
- Dielectric Strength: 129 kV/mm
- Hauptmerkmale: Leicht bearbeitbar, UHV-kompatibel, geringe Wärmeleitfähigkeit.
- Anwendungen: Hochspannungsabstandshalter, Vakuumdurchführungen, wissenschaftliche Instrumente.
Shapal Hi M Soft™
- Durchschlagsfestigkeit: 65 kV/mm
- Hauptmerkmale: Hohe dielektrische Leistung, gute Bearbeitbarkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und mechanische Stabilität.
- Anwendungen: Leistungselektronik, kundenspezifisch gefertigte elektrische Isolatoren.
Alumina (Al₂O₃) - CeramAlox™ Ultra Pure
- Durchschlagsfestigkeit: Bis zu 16 kV/mm
- Hauptmerkmale: Hoher elektrischer Widerstand, thermische, chemische und mechanische Stabilität, kostengünstig.
- Anwendungen: Isolatoren, elektronische Substrate, Sensorkomponenten.
Aluminiumnitrid (AlN) - CeramAlum™
- Durchschlagsfestigkeit: 15 kV/mm
- Hauptmerkmale: Kombiniert elektrische Isolierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
- Anwendungen: LED-Pakete, Hochleistungsschaltungen, Mikrowellenkomponenten.
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Die Wahl des richtigen Keramikmaterials mit hoher Durchschlagfestigkeit ist entscheidend für die Gewährleistung elektrischer Zuverlässigkeit, Isolationssicherheit und Systemlebensdauer . Materialien wie Bornitrid , Shapal Hi M Soft und Macor® bieten außergewöhnliche Leistung in zahlreichen Branchen und unter unterschiedlichsten Bedingungen.
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Vergleich der Materialien zur Durchschlagsfestigkeit
FAQs zur Durchschlagsfestigkeit von Keramik
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Warum ist die Durchschlagsfestigkeit bei Keramik so wichtig?
Dadurch wird sichergestellt, dass die Komponente starken elektrischen Feldern standhält, ohne zusammenzubrechen, während die Keramikmaterialien mechanische, chemische und thermische Vorteile bieten, die für die elektrische Isolierung und Betriebssicherheit von entscheidender Bedeutung sind.
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Was beeinflusst die dielektrische Leistung einer Keramikkomponente?
Feuchtigkeit, Verunreinigungen, Betriebstemperatur und Oberflächenfehler können die Durchschlagfestigkeit deutlich verringern. Konstante Materialqualität, die richtige Werkstoffauswahl und Schutzbeschichtungen helfen, dies zu mildern.
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Kann die Durchschlagsfestigkeit verbessert werden?
Ja, indem die Reinheit des Materials verbessert, die Porosität verringert und die Herstellungsverfahren optimiert werden . Endbenutzer können eine AC-Konditionierung einsetzen, um die Durchschlagfestigkeit zu erhöhen.
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Welche Branchen profitieren am meisten von Keramik mit hoher Durchschlagsfestigkeit?
In der Elektronik, der Luft- und Raumfahrt, der Telekommunikation, bei Röntgenquellen und in der medizinischen Bildgebung sind keramische Materialien erforderlich, um extremen Spannungen standzuhalten.
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Was ist der Unterschied zwischen Durchschlagsfestigkeit und Durchschlagsspannung?
Die Durchschlagsfestigkeit bezeichnet die maximale elektrische Feldstärke (gemessen in Kilovolt pro Millimeter, kV/mm), der ein Material standhalten kann, ohne dass es zu einem elektrischen Ausfall kommt. Im Gegensatz dazu ist die Durchschlagsspannung der spezifische Spannungswert, bei dem ein Material versagt oder über eine bestimmte Dicke hinweg Strom leitet. Vereinfacht ausgedrückt ist die Durchschlagsfestigkeit eine intrinsische Materialeigenschaft , während die Durchschlagsspannung ein gemessener Leistungswert ist, der von der Materialdicke und den Testbedingungen abhängt.
Ähnliche Eigenschaften
Volumenwiderstand
Volume resistivity is used to measure how strongly a material can oppose or resist the flow of electric current. Materials are categorized as having either high or low volume resistivity.
Dielektrizitätskonstante
The dielectric constant, also known as relative permittivity, is a measure of a material’s ability to store electrical energy in an electric field. Expressed as a dimensionless number, it compares the material’s permittivity to the permittivity of free space.
Maximale Temperatur
Hochleistungskeramik ist bekannt für ihre hitzebeständigen Eigenschaften, bei denen sie erst bei Temperaturen um 2000℃ zu schmelzen beginnt. Im Vergleich zu herkömmlichen keramischen Materialien wie Kacheln oder Ziegeln beginnen sie bei Temperaturen um 650℃ zu schmelzen.