Chemikalien

Elektrokeramik

Elektrokeramik , Kategorie fortschrittlicher Keramikmaterialien, die in einer Vielzahl von elektrischen, optischen und magnetischen Anwendungen eingesetzt werden. Im Gegensatz zu traditionellen Keramikprodukten wie Ziegeln und Fliesen, die seit Tausenden von Jahren in verschiedenen Formen hergestellt werden, ist die Elektrokeramik ein relativ junges Phänomen, das weitgehend seit dem Zweiten Weltkrieg entwickelt wurde . In ihrer kurzen Geschichte haben sie jedoch die sogenannte Elektronikrevolution und die Lebensqualität in Industrieländern tiefgreifend beeinflusst . Elektrokeramiken mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten ( dh niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand) werden zu integrierten Substraten verarbeitetSchaltungen, während Elektrokeramiken mit hohen Dielektrizitätskonstanten in Kondensatoren verwendet werden. Andere elektrokeramische Materialien weisen eine Piezoelektrizität auf (die Entwicklung einer Dehnung unter einem angelegten Feld oder umgekehrt) und werden in Wandlern für Mikrofone und andere Produkte verwendet, während einige gute magnetische Eigenschaften besitzen und für Transformatorkerne oder Permanentmagnete geeignet sind. Einige Elektrokeramiken weisen optische Phänomene auf, wie Lumineszenz (nützlich bei fluoreszierender Beleuchtung) und Lasern (in Lasern genutzt), und wieder andere zeigen Änderungen der optischen Eigenschaften bei Anlegen elektrischer Felder und werden daher häufig als Modulatoren, Demodulatoren und Schalter verwendet optische Kommunikation.

Alle oben aufgeführten Anwendungen erfordern elektrische Isolierung, eine Eigenschaft, die seit langem mit Keramik verbunden ist. Andererseits sind viele Keramiken geeignet fürDotierung durch aliovalente Materialien (dh Materialien mit anderen Ladungszuständen als den Ionen des Wirtskristalls). Dotierung kann zu elektrisch leitenden Keramiken führen, die in Produkten wie Sauerstoffsensoren in Kraftfahrzeugen, Heizelementen in Toasteröfen und transparenten Oxidfilmen in Flüssigkristallanzeigen vorkommen . Darüber hinaus wurden Keramiken entwickelt, die sindsupraleitend; Das heißt, sie verlieren bei kryogenen Temperaturen jeglichen spezifischen elektrischen Widerstand. Da ihre kritischen Temperaturen (T c ; die Temperaturen, bei denen der Übergang vom spezifischen Widerstand zur Supraleitung erfolgt) viel höher sind als die herkömmlicher metallischer Supraleiter, werden diese keramischen Materialien als hoch-T c bezeichnet Supraleiter.

Die meisten Elektrokeramiken sind echte High-Tech-Materialien, sofern sie zu Gegenständen mit hoher Wertschöpfung verarbeitet werden. Hochreine Ausgangsmaterialien werden häufig in Reinraumverarbeitungsanlagen eingesetzt. Da Korngröße und Korngrößenverteilung die entscheidenden Faktoren für die Qualität der hergestellten Elektrokeramik sein können, wird den Schritten der Pulververarbeitung, Verfestigung und des Brennens strenge Aufmerksamkeit gewidmet, um die gewünschte Mikrostruktur zu erreichen. Die Struktur und Chemie der Korngrenzen (die Bereiche, in denen zwei benachbart sindKörner treffen) müssen oft streng kontrolliert werden. Beispielsweise kann die Entmischung von Verunreinigungen an Korngrenzen nachteilige Auswirkungen auf Keramikleiter und Supraleiter haben; Andererseits hängen einige Keramikkondensatoren und Varistoren für ihren Betrieb von solchen Korngrenzenbarrieren ab.

Elektrokeramische Produkte werden in einer Reihe von Artikeln beschrieben, einschließlich elektronischer Substrat- und Gehäusekeramik , dielektrischer und piezoelektrischer Kondensatorkeramik , magnetischer Keramik , optischer Keramik und leitfähiger Keramik .

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