W 2020 roku doradzałem producentowi komponentów lotniczych i kosmicznych, który miał problemy z zarządzaniem ciepłem w obudowach awioniki. Ich aluminiowe radiatory powodowały zakłócenia elektromagnetyczne, podczas gdy kompozyty polimerowe nie były w stanie wytrzymać cykli termicznych. Zamieniliśmy je na części kompozytowe mikowo-ceramiczne firmy NBRAM i rezultaty były rewolucyjne — nagle otrzymali materiał, który zapewniał doskonałą izolację elektryczną, doskonałe odprowadzanie ciepła i był w stanie wytrzymać brutalne szoki termiczne w środowisku lotniczym. Zespół inżynierów powiedział mi, że w pierwszym roku ograniczył awaryjność komponentów o 87%. Jeśli borykasz się z problemami związanymi z zarządzaniem ciepłem, w których izolacja elektryczna ma kluczowe znaczenie, czas zaopatrzyć się w taki produkt, który faktycznie sprawdza się na wszystkich frontach.
Wiesz, po dwudziestu latach radzenia sobie z koszmarami związanymi z zarządzaniem ciepłem w każdej branży, od lotnictwa i kosmonautyki po elektronikę użytkową, nauczyłem się, że większość materiałów kompozytowych obiecuje światu, ale zapewnia kompromis. Albo dobrze izolują, ale nie radzą sobie z ciepłem, albo zarządzają ciepłem, ale powodują problemy z elektryką. Część kompozytowa mikowo-ceramiczna firmy NBRAM jest inna — to jeden z tych rzadkich materiałów, który faktycznie zapewnia to, co najlepsze z obu światów, bez zwykłych kompromisów. Naturalna mika zapewnia izolację elektryczną, podczas gdy matryca ceramiczna odpowiada za zarządzanie ciepłem, tworząc synergię, która przewyższa wszystko inne na rynku. To rodzaj komponentu, który sprawia, że inżynierowie śpią lepiej w nocy, wiedząc, że ich projekty nie zawiodą ze względu na ograniczenia materiałowe.
Oto, co sprawia, że te części kompozytowe wytrzymują ekstremalne warunki: ciągły zakres temperatur pracy od -60°C do 950°C, odporność na szok termiczny, która umożliwia szybkie przełączanie pomiędzy ekstremalnymi warunkami bez pękania i rozwarstwiania. Wytrzymałość dielektryczna utrzymuje się na poziomie 15–25 kV/mm w zależności od grubości, przy oporności objętościowej stale powyżej 10^14 Ω·cm, nawet po długotrwałej ekspozycji na wysokie temperatury. Część kompozytowa z miki i ceramiki osiąga przewodność cieplną na poziomie 1,5-2,5 W/m·K - wystarczającą do efektywnego zarządzania ciepłem przy jednoczesnym zachowaniu doskonałej izolacji elektrycznej. Dostępne w grubościach od 0,5 mm do 25 mm, z niestandardowymi formułami w celu optymalizacji wydajności termicznej lub wytrzymałości dielektrycznej dla określonych zastosowań.
Podczas mojej ostatniej wycieczki po fabryce w NBRAM największe wrażenie wywarł na mnie ich zastrzeżony proces współwypalania do produkcji części kompozytowych z miki i ceramiki. Nie tylko mieszają mikę i proszki ceramiczne – opracowali podejście warstwowe, w którym płytki miki są ustawione równolegle do powierzchni, tworząc w zasadzie naturalną barierę przed śledzeniem elektrycznym. Każda partia poddawana jest tomografii komputerowej w celu sprawdzenia, czy nie występują mikropustki lub rozwarstwienia, które mogłyby pogorszyć wydajność. Ich formuła ceramiczna zawiera specjalne dodatki dopasowane do współczynnika rozszerzalności cieplnej miki, zapobiegając pęknięciom naprężeniowym, które są plagą większości materiałów kompozytowych. Widziałem, jak odrzucali całą serię produkcyjną, ponieważ ustawienie miki było przesunięte zaledwie o 2 stopnie – to rodzaj kontroli jakości, która sprawia, że te części służą przez dziesięciolecia.
W zeszłym roku mieliśmy ten koszmarny projekt z producentem pojazdów elektrycznych – jego systemy zarządzania akumulatorami zawiodły z powodu niekontrolowanej ucieczki ciepła między ogniwami. Istniejące materiały izolacyjne albo nie były w stanie wytrzymać ciepła, albo utworzyły ścieżki upływów elektrycznych. Zainstalowanie części kompozytowej mikowo-ceramicznej firmy NBRAM jako izolacji międzykomórkowej było jak naciśnięcie przełącznika — nagle uzyskano doskonałe zarządzanie termiczne i izolację elektryczną w jednym materiale. Inżynierowie samochodowi powiedzieli mi, że zwiększyli gęstość pakietu akumulatorów o 15%, ponieważ mogli umieścić ogniwa bliżej siebie bez ryzyka rozprzestrzeniania się ciepła. Kompozyty te stały się niezbędne w energoelektronice, szynach zbiorczych wysokiego napięcia, sprzęcie do produkcji półprzewodników i wszelkich zastosowaniach, w których potrzebne jest zarówno zarządzanie ciepłem, jak i izolacja elektryczna w jednym, niezawodnym komponencie.
