Изучение перспектив использования высокотеплопроводной керамики и пьезокерамики из нитрида алюминия в космическом приборостроении. Преимущество нитрида алюминия перед другими материалами. Современные информационные и конструкторские нанотехнологии.
Аннотация к работе
В настоящее время в связи с необходимостью уменьшения массы и габаритов научных приборов, используемых при проведении экспериментов в космосе, улучшения качества и увеличения объема получаемой с них научной информации остро встает вопрос об использовании при создании приборов новых технологий, материалов и компонентной базы, удовлетворяющих современным требованиям. При создании радиоэлектронных приборов, где остро встает вопрос охлаждения приемников излучения до уровня температур порядка 150-160 К, требуется использование новой компонентной базы, обеспечивающей экстремальное значение показателя «мощность - частота» и одновременно оптимизацию их массогабаритных характеристик. В таблице приведены наиболее важные сравнительные электрофизические характеристики предлагаемой для использования в разработках научной аппаратуры керамики из нитрида алюминия (ALN) и керамики из оксида бериллия (BEO) и оксида алюминия (Al2O3) по данным отечественных и зарубежных источников. Керамика из нитрида алюминия является идеальным конструкционным материалом для приборов и устройств на основе кремниевых кристаллов, так как коэффициенты температурного линейного расширения (КТЛР) алюминия и кремния практически совпадают в широком температурном диапазоне [1]. Таким образом, учитывая высокие теплофизические и электрофизические характеристики керамики из нитрида алюминия, возможности сохранения ее работоспособности в широком диапазоне температур, намечены следующие направления ее использования в космическом приборостроении в качестве: • корпусов и подложек мощных монолитных интегральных схем усилителей мощности;Существуют значительные различия в структуре R&D в области электронной керамики в США и Японии В США большинство R&D финансируется правительством и ориентировано на удовлетворение конкретных военных потребностей. В Японии исследования электронной керамики практически полностью поддерживаются крупными промышленными компаниями и ориентированы на конкретную продукцию. Аномального роста применений многослойных пьезоэлектрических актюаторов и ультразвуковых двигателей не произошло вследствие трудностей в снижении стоимости изготовления при серийном производстве. Наблюдается растущее осознание экологических и энергетических проблем, связанных с электронной керамикой в Японии и Европе, но не в США Это может привести к смещению приоритетов для будущих R&D в области электронной керамики.
Вывод
Существуют значительные различия в структуре R&D в области электронной керамики в США и Японии В США большинство R&D финансируется правительством и ориентировано на удовлетворение конкретных военных потребностей. В Японии исследования электронной керамики практически полностью поддерживаются крупными промышленными компаниями и ориентированы на конкретную продукцию. В США активными заявителями патентов по электронной керамике являются университеты, предприятия малого бизнеса и правительственные лаборатории. В Японии патенты выдаются практически исключительно промышленным компаниям.
Аномального роста применений многослойных пьезоэлектрических актюаторов и ультразвуковых двигателей не произошло вследствие трудностей в снижении стоимости изготовления при серийном производстве. Если дешевые методы производства пьезокерамических устройств не будут разработаны, этот рынок будет ограничен мелкосерийными специализированными применениями.
Медицина и аэрокосмическая промышленность являются перспективными областями роста применения пьезокерамики, особенно в США. Пьезокерамика будет продолжать использоваться в диагностическом оборудовании и хирургических инструментах, где может быть воспринята относительно высокая стоимость, связанная с мелкосерийным производством специализированных пьезокерамических компонентов.
Наблюдается растущее осознание экологических и энергетических проблем, связанных с электронной керамикой в Японии и Европе, но не в США Это может привести к смещению приоритетов для будущих R&D в области электронной керамики. Новые экологические правила могут привести к ограничению использования современных материалов и к разработке альтернативных материалов (бессвинцовых пьезоэлектриков, припоев и пр.). Также ожидается разработка экологически безопасных процессов изготовления керамик .
Ожидается сокращение времени разработки пьезокерамических изделий при одновременном уменьшении ресурсов, доступных для R&D. Это потребует существенной концентрации ресурсов R&D для разработки конкретных изделий Возрастающий акцент на маркетинг и исследование рынка будет необходим для согласования ограниченных R&D ресурсов с рыночными потребностями. Оценки подтверждают, что пьезокерамика будет оставаться плодородной областью для будущих R&D.
Список литературы
1. Журнал в журнале Техно-плюс МТТ №5 (90) 2009г.
2. Ст. «Перспективы использования высокотеплопроводной керамики.» УДК 629.78.:681.3 В.И. Костенко, В.С. Серегин, Л.А. Грошкова, А.И. Василевич Институт космических исследований РАН, Москва 2012г.