Verunreinigungen haben großen Einfluss

Je größer die Gesamtmenge an Verunreinigungen ist, desto geringer wird der Rspez. Die Verunreinigung Na2O kann mit Aluminiumoxid eine als ß-Al2O3 bezeichnete Phase ausbilden, welche die Summenformel Na2O•11Al2O3 hat und als Ionenleiter bekannt ist. Anhand der Summenformel des ß-Al2O3 ist ersichtlich, dass schon kleine Mengen an Na2O ausreichen, um bedeutsame Mengen an hoch leitfähigem ß-Al2O3 zu bilden. Fe2O3 hat ebenfalls einen geringeren spezifischen Widerstand als reines Aluminiumoxid. Messungen in der Praxis haben erheblichen Einfluss von Verschmutzungen auf den spezifischen Widerstand RSpez von Al2O3- und Spinell-Schichten im versiegelten Zustand bewiesen. Es war im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht möglich herauszufinden, welche Verunreinigung am stärksten für die Verringerung von Rspez verantwortlich ist, da die Menge der jeweiligen Verunreinigungen nicht unabhängig voneinander variiert werden konnte. Aufgrund des starken Effektes von Natrium auf die Bildung von ß-Al2O3 ist jedoch davon auszugehen, dass Na2O am ehesten vermieden werden sollte, wenn ein hoher Rspez gefordert ist.

Bild: OBZ

Verwendung von Aluminiumoxid oder Spinell möglich

In einer vergleichenden Studie wurden die elektrischen Isolationseigenschaften von 20 verschiedenen Aluminiumoxid-Keramiken untersucht, welche Beimengungen von Chrom-, Titan- und Magnesiumoxid enthalten. Mit abschließender Versieglung konnten die Werte für den spezifischen Widerstand Rspez bei 75 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit von 5*106 Ohm*m auf bis zu 5*109 Ohm*m gesteigert werden, was eine Verwendung von reinem Aluminiumoxid oder Spinell in der Leistungselektronik möglich macht. Die Durchschlagfestigkeit verhält sich weitestgehend unabhängig von Rspez und ist für die genannten Materialien (Al2O3 und Spinell) mit > 20 kV / mm hoch genug. Um die Mindestanforderungen von Rspez > 108 Ohm*m erfüllen zu können, darf bei den für die Leistungselektronik geeigneten Materialen Al2O3 und Spinell die Gesamtmenge an Verunreinigungen 0,4 Prozent (w/w) nicht überschritten werden. Der Anteil von Na2O sollte 0,1 Prozent (w/w) nicht überschreiten. Eine Halbierung der Gesamtverunreinigungen auf 0,2 Prozent bewirkt eine Verzehnfachung von Rspez auf 109 Ohm*m.

obz innovation gmbh
www.obz-innovation.de