テクニカルセラミックスの電気的特性
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概要
先進セラミックスは、プラスチックや金属などの他の材料と比較して、優れた誘電特性を示します。先進セラミックスの組成により、これらは非常に効果的な電気絶縁体となります。これが最も一般的に使用される方法ですが、セラミックスはアプリケーションに合わせて注意深く製造し、導電率を指定することもできます。
ほとんどの先進セラミックスは誘電損失が低く、測定可能なエネルギーの散逸があったとしても極わずかで、高いレベルで電磁エネルギーを透過できることを意味します。
ポリマー、ゴム、ガラスは優れた電気絶縁体になり得ますが、テクニカルセラミックスのような機械的、熱的、化学的特性は示さないため、セラミックスは高強度が求められたり、高温または腐食性の高い環境で電気的特性が必要な用途に最適です。
電気的特性
誘電損失
損失角度: δ
損失正接: tan δ
誘電損失は、材料に電磁電圧をかけたときに失われるエネルギーを測定したものです。高い電気伝導率を持つ材料では、電荷にさらされると電子が自由に流れます。しかし、絶縁体では電子は自由に流れません。多くの産業アプリケーションでは、誘電損失なしに高レベルの電荷への曝露に耐える絶縁体（テクニカルセラミックスなど）が要求されます。
絶縁耐力
交流-kV/mm
材料が壊れる前に耐えられる電圧には限界があります。これは材料の絶縁耐力によって数値化され、測定されます。絶縁耐力の高い材料は、エネルギーを通さずに高電圧に長時間耐えることができます。誘電強度の低い材料は、電界にさらされるとより早く壊れます。先進セラミックスは、しばしば高い誘電強度を持ち、これはセラミックスを電気アプリケーション用の優れた絶縁材料として、さらに優れたものにします。
体積抵抗率
Ω-㎝
体積抵抗率は、電気抵抗率または比電気抵抗とも呼ばれ、材料が電流にどれだけ強く抵抗できるかを測定したものです。体積抵抗率の高い材料は電気絶縁体であり、体積抵抗率の低い、あるいは全くない材料は電気伝導体です。逆の測定は電気伝導率で、電流に抵抗するのではなく、電流を流す材料の能力を測定したものです。
特性を選択してください。
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先進セラミックスは、高温でも通常、高い体積抵抗率を持ちますが、一部のセラミック材料は、わずかな電荷を通すように意図的に設計されており（一般的には静電気放電対策セラミックスと呼ばれます）、材料の寿命を延ばしたり、接触する繊細な対象物を保護します。
優れた電気的特性を持つセラミック材料
アルミナ：
アルミナ（酸化アルミニウム、Al2O3）は、優れた誘電特性を含むさまざまな高性能特性を持つ、一般的に使用されるテクニカルセラミックスです。
- アルミナ 94%-97% は高い電気抵抗率と強度、低い誘電損失を示します。
- アルミナ 99.9%-100% は極めて低い誘電損失を有しています。
窒化アルミニウム：
窒化アルミニウム（AlN）は、熱を素早く放散する能力を持つため、ほとんどの電気絶縁材料とは異なり、多くの電子アプリケーションで使用されており、より効率的な材料です。
- ホットプレス窒化アルミニウムは、優れた絶縁耐力と優れた熱伝導性を持ち、弾道装甲や半導体アプリケーションに最適です。
- 焼結窒化アルミニウムは、ホットプレス窒化アルミニウムと同様に、優れた絶縁耐力特性を持っていますが、極端な温度変動のあるアプリケーションでの使用に指定されています。
ケイ酸塩：
セラミックスの中で最も古い歴史を持つケイ酸塩は、化学実験器具などの電気抵抗性が必要な費用対効果の高い技術的アプリケーションによく使用されています。
- ステアタイトは、低誘電損失と高い誘電強度を兼ね備えており、製造コストも安価です。
- ムライトは、熱衝撃特性と絶縁耐力に優れています。
炭化ケイ素（SiC）：
クアーズテックは、炭化ケイ素の製造プロセスを特定の体積抵抗率および可変体積抵抗率に合わせて注意深く調整しています。
- 反応焼結炭化ケイ素は、使用用途に応じてカスタマイズ可能な特性を持つ、シリコン金属浸透セラミックスです。
特殊セラミックス：
クアーズテックの材料ポートフォリオには、独自の特定用途向けに製造されたさまざまな特殊セラミックスが含まれています。これらの特殊材料のいくつかは、優れた誘電挙動を持っています。
- 酸化チタンは、アンテナの誘電共振器として使用するために特別に製造されました。
- 静電気放電対策セラミックスは、蓄積された電荷をゆっくりと放散させることで、急速な放電やアーク放電を防ぐために開発されました。
- カーボンとグラファイトは、このリストの他のセラミック材料とは異なり、優れた電気伝導体です。
最適な電気的特性を必要とするアプリケーション
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当社のテクニカルセラミックスの専門知識により、エンジニアは、さまざまなアプリケーションのカスタム仕様や設計についてお客様と直接連携することができます。優れた電気特性を持つ先進セラミック材料は、製造技術革新によって材料が限界を超える今日の産業環境において非常に価値があります。
クアーズテックのセラミックスは、次の市場やアプリケーションでよく使用されています：
自動車と輸送機器
カーボンブラシは、ローターのコイルをつないで電気回路を完成させ、小型モーターを回転させるための電流を供給するもので、自動車のドアや窓、ロックなどに広く使用されています。材料特性のわずかな変化がブラシの性能を大きく左右します。当社のブラシは、高純度グラファイト（銅との混合など）を使用し、きめ細かく制御された電気伝導性を提供します。
厚膜および薄膜セラミック基板は、エンジン回路部品やLED照明などのパワーエレクトロニクスおよび自動車アプリケーションに最適です。優れた電気絶縁性と熱的・機械的特性を持つセラミック基板は、自動車のLED照明やセンサーアプリケーションに最適です。
セラミック熱交換器、通称「冷却ボックス」は、パワーエレクトロニクスからの熱を、鉄道や地下鉄車両のパワーコンバーターに使用される水冷システムに伝達します。これらの長寿命で効率的なシステムは、高い熱伝導率と優れた電気絶縁性を併せ持つユニークなセラミック材料である窒化アルミニウムから製造されています。
半導体
テクニカルセラミックスは、要求の厳しい半導体製造アプリケーションでその実力を発揮します。超高純度アルミナなどの材料は、卓越した絶縁耐力を必要とするノズルやフォーカスリングなどのプラズマエッチング装置用部材に最適です。
医療
高純度テクニカルセラミックスは、特定の電気特性が必要な医療アプリケーションでの優れた強度と生体適合性を提供します。クアーズテックのCeraPure™医療用セラミックスは、低誘電損失 (電気絶縁性) と 無線周波数透過性を提供し、電気埋め込みデバイスに適しています。