Ceramica per propulsori ad effetto Hall
Precision Ceramics vanta oltre 30 anni di esperienza nella lavorazione di materiali ceramici e fornisce canali in diverse qualità di materiale con dimensioni che vanno da 12 mm a oltre 300 mm di diametro.
Nel corso di molti decenni, un’ampia varietà di materiali è stata utilizzata come canali isolanti nei propulsori a effetto Hall. Inizialmente sperimentalmente, poi dall’esperienza comprovata nello spazio, un piccolo gruppo di materiali è diventato il materiale di riferimento.
Esploriamo cinque gradi di ceramica tecnica disponibili da Precision Ceramics e confrontiamo le loro proprietà dei materiali . Ulteriori informazioni su ciascun grado possono essere trovate nelle relative schede tecniche .
Stai cercando un materiale con proprietà specifiche da utilizzare in un canale Hall Effect Thruster? Possiamo usare la nostra esperienza e conoscenza per assisterti.
Materiali per propulsori ad effetto Hall
Shapal Hi M morbido
Nitruro di alluminio lavorabile
Shapal Hi M Soft è elettricamente isolante, eccellente contro gli shock termici, completamente denso e ottimo conduttore termico.
Grado M26
Nitruro di boro
Il nitruro di boro M26 ha una conduttività termica e un isolamento elettrico inferiori rispetto a Shapal Hi M Soft e AX05.
PCBN2000
Nitruro di boro
PCBN2000 ha un’eccellente resistenza agli shock termici e al contempo una bassa dilatazione termica. Facile da lavorare e ha una buona resistenza alla flessione.
Grado HP
Nitruro di boro
L’HP è utile quando sono richieste bassa dilatazione termica, elevata resistenza agli shock termici e forti proprietà elettriche.
Grado AX05
Nitruro di boro
AX05 offre elevata resistività e rigidità dielettrica con una tangente di perdita e una costante dielettrica basse.
Selezione del materiale del canale ad effetto Hall
La selezione della ceramica per i canali Hall Effect richiede un materiale leggero con un eccellente isolamento elettrico. Il materiale deve avere proprietà elettriche/chimiche/meccaniche costanti e poter essere lavorato in geometrie complesse e precise. Shapal Hi M Soft e i gradi di nitruro di boro hanno una comprovata esperienza e sono stati ampiamente testati dalle agenzie spaziali di tutto il mondo. Nuovi gradi di materiali vengono costantemente aggiunti poiché prezzo e disponibilità possono essere fattori che influenzano la selezione. La valutazione continua di questi materiali garantisce la migliore offerta di materiali possibile.
Le considerazioni per ciascuna delle qualità dei materiali sono le seguenti:
- Shapal Hi M Soft è un composito di nitruro di alluminio/nitruro di boro. È un materiale omogeneo molto consistente, ha un’eccellente conduttività termica e resistenza agli shock termici, è elettricamente isolante e completamente denso. Essendo più duro degli altri materiali, consente di lavorare caratteristiche fini.
- M26 è un composito di nitruro di boro/silice. Realizzato in billette molto grandi per consentire la produzione dei canali più grandi di propulsori a effetto Hall. Il materiale non ha l’elevata conduttività termica o le proprietà di isolamento elettrico di Shapal Hi M soft o AX05, ma è un’alternativa più economica a entrambi questi materiali.
- AX05 è un grado di nitruro di boro senza legante, che ha la densità più bassa di tutti i materiali considerati, ma il materiale ha una porosità superiore al 20% per consentire la rimozione del legante durante la sinterizzazione. La rimozione del legante può essere ottenuta solo con spessori di parete limitati. Pertanto, AX05 può essere prodotto solo in billette relativamente piccole. La rimozione del legante lascia un nitruro di boro puro con buone prestazioni elettriche, ma è più debole rispetto alle altre opzioni di materiale.
- PCBN2000 è un altro composito di nitruro di boro/silice simile a M26, ma con un contenuto di silice leggermente più elevato.
- HP è un nitruro di boro con un legante di borato di calcio, prodotto in grandi grezzi per grandi canali. È utilizzato in numerose applicazioni spaziali.
Proprietà del materiale
La tabella seguente confronta i materiali disponibili presso Precision Ceramics utilizzati nei propulsori ad effetto Hall e le relative proprietà:
| Proprietà | Unità | Shapal Hi M morbido | Grado M26 | PCBN2000 | Grado HP | Grado AX05 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Composizione | – | Composito AlN/BN | Composito BN/Silice | Composito BN/Silice | BN (legante borato di calcio) | BN (grado senza legante) |
| Rigidità dielettrica |
kV/mm | 65 | 66 | – | >10 | 79 |
| Conduttività termica |
W/m2K | 92 | 11 ∥ / 29 ⊥ | – | 27 ∥ / 29 ⊥ | 78 ∥ / 130 ⊥ |
| Temperatura di ebollizione 25°C ➞ 400°C |
10-6 /K | 4.8 | 3,0 ∥ / 0,4 ⊥ | – | 0,6 ∥ / 0,4 ⊥ | -2,3 ∥ / -0,7 ⊥ |
Nota: ∥ = Parallelo e ⊥ = Perpendicolare
Il coefficiente di dilatazione termica (CTE) descrive il modo in cui le dimensioni di un oggetto cambiano al variare della temperatura.
Disclaimer: I valori presentati sono medi e tipici di quelli risultanti da campioni di prova. Sono forniti solo come indicazione per servire come guida nella progettazione di componenti ceramici e non sono garantiti in alcun modo. I valori effettivi possono variare in base alla forma e alle dimensioni del componente previsto.
Schede tecniche
Shapal Hi M morbido
Nitruro di alluminio lavorabile
Nitruro di boro
Grado M e M26
Nitruro di boro
PCBN2000
Nitruro di boro
Grado HP
Nitruro di boro
Grado AX05
Altri componenti ceramici nei propulsori ad effetto Hall
Materiali diversi dal nitruro di boro e dallo Shapal Hi M Soft possono essere utilizzati in altre aree del propulsore in cui le richieste non sono così critiche. Materiali come il Macor e l’allumina possono anche essere utilizzati come isolanti elettrici, dove non sono a contatto con il plasma di ioni.
L’allumina è utilizzata per le sue resistenze elettriche e meccaniche e il Macor per le forme complesse lavorate. I costi inferiori di questi materiali mantengono competitiva l’accessibilità economica del propulsore complessivo.
Argomenti correlati
Shapal Hi M Soft™
AlN lavorabile
Shapal Hi M Soft è un tipo ibrido di ceramica di nitruro di alluminio (AlN) lavorabile che offre elevata resistenza meccanica, isolamento elettrico e conduttività termica.
Nitruro di boro
Gradi di nitruro di boro
Il nitruro di boro (BN) è un materiale ceramico sintetico avanzato disponibile in forma solida e in polvere. Ha una conduttività termica eccezionale, isolamento elettrico e proprietà termiche ed è facile da lavorare.
Una storia dei propulsori ad effetto Hall
Precision ceramics offre un’ampia gamma di opzioni ceramiche per il canale e l’isolamento elettrico all’interno del satellite. In questo blog esploriamo la storia dei propulsori a effetto Hall e la parte della ceramica tecnica in questo.