في عام 2020، كنت أعمل كمستشار لشركة مصنعة لمكونات الطيران والتي كانت تعاني من الإدارة الحرارية في حاويات إلكترونيات الطيران الخاصة بها. كانت المبددات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم تسبب تداخلًا كهرومغناطيسيًا، بينما لم تتمكن مركبات البوليمر من التعامل مع الدورة الحرارية. قمنا بتحويلها إلى الجزء المركب من السيراميك والميكا من NBRAM وكانت النتائج تحويلية - فجأة أصبح لديهم مادة توفر عزلًا كهربائيًا مثاليًا، وتبديدًا ممتازًا للحرارة، ويمكنها تحمل الصدمات الحرارية القاسية لبيئات الطيران. أخبرني الفريق الهندسي أنهم تمكنوا من تقليل أعطال المكونات بنسبة 87% في السنة الأولى. إذا كنت تواجه مشاكل في الإدارة الحرارية حيث يكون العزل الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية، فقد حان الوقت للحصول على مصدر يوفر الخدمة فعليًا على جميع الجبهات.
كما تعلمون، بعد عشرين عامًا من التعامل مع كوابيس الإدارة الحرارية في كل صناعة من الطيران إلى الإلكترونيات الاستهلاكية، تعلمت أن معظم المواد المركبة تعد بالعالم ولكنها تقدم التنازلات. إما أنها تعزل بشكل جيد ولكن لا يمكنها التعامل مع الحرارة، أو أنها تتعامل مع الحرارة ولكنها تسبب مشاكل كهربائية. يختلف الجزء المركب من السيراميك والميكا من NBRAM - فهو أحد تلك المواد النادرة التي تمنحك في الواقع أفضل ما في العالمين دون المقايضات المعتادة. توفر الميكا الطبيعية العزل الكهربائي بينما تتعامل المصفوفة الخزفية مع الإدارة الحرارية، مما يخلق تآزرًا يتفوق على أي شيء آخر في السوق. إنه نوع المكونات التي تجعل المهندسين ينامون بشكل أفضل في الليل وهم يعلمون أن تصميماتهم لن تفشل بسبب القيود المادية.
إليك ما يجعل هذه الأجزاء المركبة تصمد أمام الظروف القاسية: تتراوح درجة حرارة التشغيل من -60 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية متواصلة، مع مقاومة الصدمات الحرارية التي تسمح بالتدوير السريع بين الحدود القصوى دون تشقق أو انفصال. تحافظ قوة العزل الكهربائي على 15-25 كيلو فولت/ملم اعتمادًا على السُمك، مع مقاومة حجمية باستمرار أعلى من 10^14 أوم•سم حتى بعد التعرض لفترة طويلة لدرجات حرارة عالية. يحقق الجزء المركب من السيراميك والميكا توصيلًا حراريًا يبلغ 1.5-2.5 وات/م•ك - وهو ما يكفي لإدارة الحرارة بفعالية مع الحفاظ على عزل كهربائي ممتاز. متوفر بسماكات تتراوح من 0.5 مم إلى 25 مم، مع تركيبات مخصصة لتحسين الأداء الحراري أو قوة العزل الكهربائي لتطبيقات محددة.
خلال جولتي الأخيرة في المصنع في NBRAM، ما أثار إعجابي حقًا هو عملية إطلاق النار المشتركة الخاصة بهم لتصنيع الأجزاء المركبة من السيراميك والميكا. إنهم لا يخلطون مساحيق الميكا والسيراميك فحسب - بل قاموا بتطوير نهج متعدد الطبقات حيث يتم توجيه صفائح الميكا بالتوازي مع السطح، مما يخلق حاجزًا طبيعيًا في الأساس ضد التتبع الكهربائي. تخضع كل دفعة للمسح المقطعي المحوسب للتحقق من وجود فراغات دقيقة أو انفصال يمكن أن يؤثر على الأداء. تشتمل تركيبتها الخزفية على إضافات محددة تتوافق مع معامل التمدد الحراري للميكا، مما يمنع تشققات الإجهاد التي تصيب معظم المواد المركبة. لقد شاهدتهم يرفضون عملية إنتاج كاملة لأن محاذاة الميكا كانت معطلة بمقدار درجتين فقط - وهذا هو نوع مراقبة الجودة الذي يجعل هذه الأجزاء تدوم لعقود من الخدمة.
كان لدينا هذا المشروع الكابوس مع إحدى الشركات المصنعة للسيارات الكهربائية في العام الماضي - كانت أنظمة إدارة البطاريات الخاصة بهم تفشل بسبب الهروب الحراري بين الخلايا. المواد العازلة الموجودة إما لم تتمكن من تحمل الحرارة أو خلقت مسارات للتسرب الكهربائي. كان تثبيت الجزء المركب من السيراميك والميكا من NBRAM كعزل بين الخلايا بمثابة قلب المفتاح - فجأة أصبح لديهم إدارة حرارية مثالية وعزل كهربائي في مادة واحدة. أخبرني مهندسو السيارات أنهم قاموا بزيادة كثافة حزمة البطارية بنسبة 15% لأنه يمكنهم وضع الخلايا بالقرب من بعضها البعض دون التعرض لخطر الانتشار الحراري. أصبحت هذه المركبات ضرورية لإلكترونيات الطاقة، وقضبان التوصيل عالية الجهد، ومعدات تصنيع أشباه الموصلات، وأي تطبيق حيث تحتاج إلى الإدارة الحرارية والعزل الكهربائي في مكون واحد موثوق به.
