Preparation and optimization of multicomponent oxide ceramics with micro capillary structure

With the development of information industry, the trend of electronic components become smaller and with larger power, the topic of high power resistance is hot among domestic and foreign countries. In this paper, we prepared alumina ceramics doped with molybdenum, to investigate their microstructure, mechanical and dielectric properties. In the premise of maintaining excellent mechanical and dielectric properties, we focused on the improvement of stability and controllability of resistivity, and using micro capillary technic to optimize the heat dissipation of ceramics. First, we prepared alumina ceramics doped with high conductive phase (Mo) at 1600°C, which are formed by CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system. The results indicates that the effect of Mo content in resistivity showed significant percolation characteristics: When doping amount below 20wt.%, the resistivity of composite ceramic changed slightly; When the doping amount of Mo exceeds 20wt.%, because the Mo shifted from the dispersed phase to continuous phase, the resistivity of the composite material was drastically decreased (<1010Ω∙cm). When the doping amount of Mo reached 40wt.%, since the Mo has formed continuous phase of the material into conductive material (<10 Ω∙cm), no significant change in resistivity. When the doped content is between 20wt.% and 40wt.%, the ceramic become conductive with straight volt ampere characteristic curve. Second, according to the micro capillary technic, we combine the most efficient heat dissipation technic with high power resistance, to product multicomponent oxide ceramics with micro capillary. In this process, the ceramic is formed by specific craft, molded with customized tool, and meet the requirement for heat dissipation. Finally, with different amount of semi-conductive phase (SiC, TiC) adopted into Al2O3/Mo ceramics, but TiC doping has a more significant effect, which may help to obtain specific resistivity of ceramic materials. When doping amount of TiC is 3wt.%, the standard deviation of resistivity reach to the lowest.

Con il crescente sviluppo dell'industria dell'informazione e la richiesta di componenti elettronici sempre più piccoli, lo studio della resistenze per applicazioni di grande potenza è divenuto un argomento di fondamentale importanza. In questa tesi sono stati preparati campioni di materiale resistivo ceramico a base di allumina drogata con molibdeno; ne è stata indagata la microstruttura, le proprietà dielettriche e meccaniche. L’obiettivo è quello di migliorare la stabilità e controllabilità della resistività dei materiali e ottimizzare la dissipazione del calore dei materiali utilizzando la tecnica micro-capillare. In primo luogo, è stat preparata una serie di campioni ceramici basati sul sistema CaO-MgO-Al2O3-SiO2 contenenti percentuali crescenti di fase conduttiva (Mo) a 1600 °C. I risultati mostrano l’effetto del contenuto di Mo sulla resistività del composito, evidenziando la soglia di percolazione: quando il Mo è presente in quantità inferiore al 20% in peso, la resistività del composito in ceramica cambia solo leggermente; quando la quantità di Mo supera 20%, la resistività del materiale composito diminuisce drasticamente (< 1010 Ω∙cm), in quanto il Mo passa da fase dispersa a fase continua. Quando la quantità di anti-drogaggio di Mo supera il 40wt.%, la resistività del composito è estremamente bassa (<10Ω∙cm) e non subisce più cmbiamenti all’aumentare del Mo, grazie alla percolazione della fase conduttiva. nell’intervallo tra il 20 ed il 40%, il materiale mostra un comportamento conduttivo con andamento ohmico (lineare voltaggio -corrente). In secondo luogo, secondo la tecnica micro capillare, permette di unire alla resistenza ad alta potenza anche una più efficiente dissipazione di calore ai composti preparati. In questo processo, il materiale ceramico è stato formato con un opportuno processo nella struttura microcapillare desiderata. Le prove effettuate mostrano che i manufatti ottenuti soddisfano i requisiti di elevata dissipazione del calore. Infine, i composti con il 30% di Mo sono stati drogati con diverse quantità (1 – 5%) di semi-conduttore (SiC, TiC); il drogaggio con TiC ha un effetto più significativo, e può aiutare a stabilizzare la resistività del materiale.