Metallisierte Aluminiumoxid-Keramik für die elektrische Antriebs- und Energietechnik

Hochvakuumdichte Keramik-Metall-Verbindungen mit extremer Haftfestigkeit

Metallisierte Aluminiumoxid-Keramik von CeramTec kommt vor allem in hoch belasteten Bauteilen der Leistungselektronik, beispielsweise in der elektrischen Antriebstechnik und der Energietechnik sowie in elektronischen Bauteilen der Computertechnik zum Einsatz.

Metallisierte Aluminiumoxid-Keramik für die elektrische Antriebs- und Energietechnik

Gut zu wissen:

Metallisierte Keramik in der Anwendung

  • Überspannungsableiter
  • Schaltfunkenstrecken
  • Thyristor-Gehäuse und Dioden-Gehäuse
  • Stromdurchführungen
  • Diffusionspumpen
  • Senderöhren
  • Isolatoren
  • Integrierte Schaltkreise

CeramTec Technologie ermöglicht mit metallisierter Aluminiumoxidkeramik hochvakuumdichte Keramik-Metall-Verbindungen (≤10-8 mbar x l/s), die extrem hohe Haftfestigkeiten von mehr als 200 N/mm² (gemessen an ASTM-Prüfkörpern) aufweisen. In der Anwendung steht meist nicht die mechanische Festigkeit im Vordergrund, sondern ein guter Wärmeübergang, geringer elektrischer Widerstand und Vakuumdichtheit. Die metallischen Schichten eignen sich für die Integration des Bauteils sowohl durch Hartlöten als auch durch Weichlöten.

Keramik-Metall-Verbindungstechnologie im Überspannungsableiter (ÜSA)

Ein typisches Produkt dieser Technologie sind Überspannungsableiter, bei denen ultrahochvakuumdichte Keramik-Metall-Verbindungen gefordert sind. Ein Überspannungsableiter ist ein Bauteil zum Begrenzen gefährlicher Überspannungen in elektrischen Leitungen und Geräten, wie sie zum Beispiel aufgrund von Blitzeinschlägen in der Nähe von Telefon- oder Stromnetzen auftreten können.

Die Überspannung wird durch das selbsttätige Zünden einer Gasentladung abgebaut, die sich je nach Strom und Spannung als Glimmentladung, Funken oder Bogenentladung ausbildet. Nach dem gleichen Prinzip arbeiten Schaltfunkenstrecken für Zündgeräte. Sie finden Einsatz in der Zündung von Gasentladungslampen, beispielsweise dem Xenonlicht im Autoscheinwerfer.

Keramik-Metall-Verbindungstechnologie im Leistungshalbleiter-Gehäuse

Gehäuse für Leistungshalbleiter wie Dioden, Thyristoren und GTO-Thyristoren in der elektrischen Antriebstechnik und Energietechnik werden von CeramTec in einem umfangreichen Standardprogramm mit unterschiedlichen Innendurchmessern der Keramikringe angeboten. Die dazugehörigen Anschlussstücke, Deckel und Gate-Röhren können vielfältig variiert und kombiniert werden.

Metallisierte Aluminiumoxid-Keramik: Verbundpartner Keramik

Als keramisches Basismaterial kommt bei CeramTec hochprozentige, hochreine Aluminiumoxid-Keramik (Al2O3) zum Einsatz, die unter dem Markennamen Rubalit® angeboten wird: beispielsweise als Rubalit® A1894 mit einem Al2O3 Anteil von 94%. Auch weitere keramische Grundwerkstoffe sind bei CeramTec auf Anfrage einsetzbar.

Die Aluminoiumoxid-Keramik Rubalit® A1894 zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften in den Punkten Wärmeleitfähigkeit (18 W/mK), elektrisches Isolationsvermögen (>1014 Ωm bei 20°C), elektrische Durchschlagsfestigkeit (25 kV/mm) und Korrosionsbeständigkeit aus. Für diesen Keramik-Werkstoff wurde von CeramTec ein entsprechendes, thermisch abgestimmtes Metallisierungs-System entwickelt.

Metallisierte Aluminiumoxid-Keramik: Verbundpartner Metallisierung

Gängige Metallisierungen bestehen aus einer Grundschicht aus Wolfram oder Molybdän. Sie weisen eine Schichtdicke von mindestens 6 μm auf und werden im Siebdruckverfahren aufgebracht und eingebrannt. Je nach Geometrie des Bauteils sind auch andere Beschichtungsverfahren möglich, beispielsweise Tampondruck oder Streichen.

Die hohe Haftfestigkeit dieser Grundmetallisierung auf der Keramik wird durch einen definierten Anteil an glasartigem Material sichergestellt. Für die nötige Benetzbarkeit des Lotes auf der Metallisierung wird auf der Wolframschicht galvanisch oder chemisch (stromlos) eine dünne Nickelschicht (typischerweise 0,5–5 μm Dicke) aufgebracht.

Zusätzlich kann als Korrosionsschutz auf die Nickelschicht eine im Sudgoldverfahren abgeschiedene Goldschicht von ca. 1 μm aufgebracht werden. Alternativ lässt sich die galvanische Nickelschicht mit einer bondfähigen Goldschicht verstärken. Für die Verwendung von Weichlot kann auch eine zusätzliche Zinnschicht aufgetragen werden.

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