Новый класс керамики можно термоформовать в форму листового металла

Инженеры Северо-Восточного университета разработали новый тип керамики, которой можно придавать тонкие и сложные формы, что они называют «новым рубежом в области материалов», открывая новые обширные возможности применения в электронике. Новые материалы, описанные как термоформуемая керамика, возникли в результате лабораторной аварии, но, помимо прочего, могут служить более эффективными и долговечными теплоотводами.

В прошлом году авторы исследования экспериментировали с экспериментальными керамическими соединениями на основе бора для потенциального промышленного применения и, по-видимому, довели этот материал до предела.

«Мы обожгли его паяльной лампой, и во время загрузки он неожиданно деформировался и выпал из приспособления», — Рэндалл Эрб, профессор машиностроения и промышленного проектирования в Северо-Восточном университете. «Мы посмотрели на образец на полу и подумали, что это провал. Мы поняли, что он совершенно нетронут. Просто форма у него была другая. Мы попробовали еще несколько раз и поняли, что можем контролировать деформацию. А затем мы начали прессовать материал и обнаружили, что это очень быстрый процесс».

Поведение материала противоречило общепринятым представлениям о том, как формируется керамика и что она способна выдержать. Под воздействием резких перепадов температуры эти материалы, скорее всего, треснут или разобьются, но команде удалось буквально применить паяльную лампу и сохранить их целыми.

«Это уникально: термоформуемая керамика, судя по тому, что мы видели и читали, на самом деле не существует», — сказал автор исследования Джейсон Байс. «Так что это новый рубеж в области материалов».

Дальнейшее исследование материалов выявило лежащую в их основе микроструктуру, которая позволяет им быстро передавать тепло. Во время формования и термоформования (процесса, который обычно применяется к термопластичным полимерам и листовому металлу) команда обнаружила, что керамике можно придавать сложную геометрию, сохраняя при этом хорошую механическую прочность и теплопроводность.

Что касается применения в электронике, в его пользу также говорит тот факт, что материал не переносит электроны и не создает помех радиочастотам (РЧ). В смартфонах и других устройствах для отвода тепла используется толстый слой алюминия. Но благодаря набору свойств и способности иметь толщину менее миллиметра и соответствовать различным поверхностям, команда считает, что керамический материал служит более эффективным теплоотводом.

«Если вы поместите алюминиевый радиатор в радиочастотный компонент, вы по сути введете ряд антенн для взаимодействия с радиочастотным сигналом», — говорит Эрб. «Вместо этого мы можем разместить наш материал на основе нитрида бора внутри и вокруг радиочастотного компонента, и он будет практически невидим для радиочастотного сигнала».

Ученые получили грант на продолжение разработки технологии и в настоящее время занимаются ее коммерциализацией через дочернюю компанию Fourier.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.

Источник: Северо-Восточный университет.