Material

Керамика диоксида гафния (HfO₂)

Гафния (HfO₂) — высокодиэлектрический огнеупорный керамический материал с высокой температурой плавления, используемый преимущественно в передовых применениях, где незаменимо сочетание его термической стабильности, сечения поглощения нейтронов и широкой запрещённой зоны. Он…

Гафния (HfO₂) — высокодиэлектрический огнеупорный керамический материал с высокой температурой плавления, используемый преимущественно в передовых применениях, где незаменимо сочетание его термической стабильности, сечения поглощения нейтронов и широкой запрещённой зоны.

Он служит затворным диэлектриком в передовых полупроводниках (заменяя SiO₂ на нормах <45 нм), огнеупорным компонентом плазменного травления и в ядерных применениях — как материал регулирующих стержней и поглотитель нейтронов. Плавясь при ~2750 °C с отличной химической стабильностью, гафния выживает в средах, которые плавят или корродируют большинство других керамик.

Typical Properties

Indicative ranges — confirm grade and test conditions before design commitment.

PropertyIndicative Value
СоставHafnium dioxide
Плотность9.68 g/cm3
Твёрдость по Виккерсу1200-1400 HV
Прочность на изгиб100-200 MPa
Вязкость разрушения2-3 MPa.m1/2
Максимальная рабочая температура2000 C
Теплопроводность1.5-2 W/m.K
Тепловое расширение (20-1000 C)5.6 x10-6/K
Potential Advantages

Очень высокая температура плавления (~2750 °C); широкая запрещённая зона (~5,8 эВ) для высоковольтной изоляции; высокая диэлектрическая проницаемость (k ~ 25); отличное сечение поглощения нейтронов; химически инертна в окислительных и восстановительных средах.

Design Considerations

Стоимость значительно выше, чем у оксида алюминия, циркония или даже иттрия — гафнию находят применение там, где её уникальные ядерные, электронные или сверхвысокотемпературные свойства оправдывают цену. Фазовые переходы в районе 1700–1900 °C могут вызывать изменения объёма на некоторых технологических маршрутах.

Limitations & Trade-offs

Высокая стоимость и ограниченная база поставщиков; поведение фазовых переходов требует тщательного термоуправления при обработке и эксплуатации; умеренная термостойкость; трудно обрабатывать до жёстких допусков после спекания.