آفاق استخدام مسحوق كربيد البورون في المواد الخزفية الإلكترونية

1- مقدمة

تم استخدام مسحوق كربيد البورون على مدى العقود العديدة الماضية في المواد عالية الأداء. لقد عملت في مجال بحوث المواد لفترة طويلة بما فيه الكفاية لأرى صعودها المطرد إلى الصدارة. حيث إن صلابته وخصائصه الفريدة تجعله منتجًا مرغوبًا في العديد من التطبيقات المختلفة في السيراميك. في السيراميك الإلكتروني، يضيف مسحوق كربيد البورون ثباتًا ومتانة وخصائص حرارية أفضل.

2. الخواص الفيزيائية والكيميائية لمسحوق كربيد البورون

كربيد البورون شديد الصلابة. تبلغ قيمة صلابته 9.5 تقريبًا على مقياس موس للصلابة. ولأنه شديد الصلابة، فهو مناسب للغاية لمقاومة التآكل. المسحوق مستقر كيميائيًا للغاية. حتى في الظروف القاسية، يظل كربيد البورون قويًا. وهو خفيف الوزن ولكنه يمتلك قوة عالية. تبلغ كثافة كربيد البورون حوالي 2.52 جرام لكل سنتيمتر مكعب.

خاصية أخرى ممتازة هي الاستقرار الحراري. حيث يمكنه مقاومة درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية لفترة محدودة. كما أن مقاومته للحرارة تجعله متقدمًا مناسبًا كخزف إلكتروني في ظروف درجات الحرارة العالية. وعلاوة على ذلك، يتمتع كربيد البورون بخاصية التوصيل الحراري. وهو يساعد في تنظيم الحرارة داخل التطبيقات الإلكترونية حيث يمكن أن تتسبب الحرارة الزائدة في حدوث عطل.

من الناحية الكيميائية، كربيد البورون خامل للغاية. وتشتهر مقاومته للأكسدة والقلويات والأحماض. على سبيل المثال، سجلت العديد من التقارير أن كربيد البورون يُظهر تفاعلًا ضئيلًا للغاية في الظروف الكيميائية العادية. يوصف الاستقرار في الظروف المسببة للتآكل. هذه الميزة مهمة أثناء اختيار المواد للسيراميك الإلكتروني في ظل أجواء مختلفة وعمر خدمة طويل.

تركيبها معقد ولكنه قوي. ويتكون التركيب البلوري لكربيد البورون من عناقيد بورون أيكوساهدراية مرتبطة ببعضها البعض بواسطة ذرات الكربون. ويساهم هذا الترتيب في منحه الصلابة والثبات الحراري. ويقدر المهندسون مثل الكثيرين قوة ذلك في تطبيقاتهم الخزفية.

3. التطبيقات الرئيسية لمسحوق كربيد البورون في السيراميك الإلكتروني

يستخدم مسحوق كربيد البورون في العديد من تطبيقات السيراميك الإلكتروني. أحد أكثرها وضوحًا هو في ركائز الأجهزة عالية الطاقة وعالية التردد. تعمل المادة كموزع للحرارة. هناك حاجة ماسة إلى تبديد الحرارة الفعال في الركائز. يحدث فشل الأجهزة الإلكترونية بسبب ارتفاع درجة حرارة المكونات. يحافظ مسحوق كربيد البورون على استقرار درجات الحرارة.

ومن التطبيقات المهمة الأخرى في الطلاءات الواقية لمكثفات السيراميك. تتطلب هذه العناصر مواد ذات مقاومة للتآكل والهجوم الكيميائي. ويلبي مسحوق كربيد البورون هذه المتطلبات. كما أن لها خاصية العزل. وهذا أمر مهم في العناصر التي يجب أن تتمتع بعزل كهربائي دقيق.

تُستخدم مركبات كربيد البورون في الإدارة الحرارية لوحدات الطاقة. وقد أبلغ عدد من الباحثين عن زيادة التوصيل الحراري عند دمج مسحوق كربيد البورون في السيراميك. وهذا يقلل من حجم أجهزة التبريد. وتعد التصميمات الإلكترونية الأخف وزناً والأصغر حجماً نتيجة لمتطلبات التبريد الأصغر.

ويستخدم أيضًا في أجهزة الاستشعار والأنظمة الأخرى التي تتطلب مواد مستقرة كهربائيًا. وبالحفاظ على الخصائص الكهربائية المستقرة، يمكن لهذه المستشعرات أن تعمل بشكل صحيح عبر نطاق واسع من درجات الحرارة. وعلى مدى عقود، ظهر دور كربيد البورون في جعل أجهزة الاستشعار أكثر موثوقية بشكل كبير.

الخاتمة

يتواجد مسحوق كربيد البورون على نطاق واسع في مجال السيراميك الإلكتروني نظرًا لصلابته العالية وخموله الكيميائي وثباته الحراري. صلابته العالية ومقاومته للحرارة واستقراره الكيميائي تجعله خيارًا مثاليًا للسيراميك الإلكتروني. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: لماذا يستخدم مسحوق كربيد البورون على نطاق واسع في الإلكترونيات؟

س: إن صلابته العالية ومقاومته للحرارة وثباته الكيميائي تجعله مناسبًا للسيراميك الإلكتروني.

و: كيف تتم معالجة مسحوق كربيد البورون للتطبيقات في السيراميك؟

س: تتم معالجته بعمليات مثل الكبس المتساوي البرودة والتلبيد وعمليات السيراميك المشتق من البوليمر.

س: كيف يتم استخدام مسحوق كربيد البورون في الإلكترونيات؟

س: تتمثل التطبيقات في ركائز الأجهزة عالية الطاقة، والطلاءات الواقية في المكثفات، والإدارة الحرارية في وحدات الطاقة.