Las cerámicas avanzadas destacan por sus numerosas propiedades. Poseen cualidades mecánicas, acústicas, ópticas, térmicas, eléctricas y biológicas. Se utilizan en campos de alta tecnología como la aeroespacial, la electrónica y la biomedicina, así como en la fabricación avanzada. Existen muchos tipos de cerámicas avanzadas, cada uno con sus propias características. Por ejemplo, las cerámicas de alúmina resisten la oxidación. Las cerámicas de nitruro de silicio son resistentes y soportan la corrosión eléctrica. Las cerámicas de óxido de circonio son robustas y biocompatibles.
alúmina de alta pureza
La alúmina de alta pureza (4N y superior) presenta numerosas ventajas. Es muy pura, dura y resistente. Soporta altas temperaturas y desgaste. Además, posee buenas propiedades aislantes y químicas estables. Su contracción a altas temperaturas es moderada. Ofrece un buen rendimiento de sinterización. Sus propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas, térmicas y mecánicas son superiores a las del polvo de alúmina convencional. Se trata de un material de alta calidad y gran valor, ampliamente utilizado en la industria química moderna. La alúmina de alta pureza es un producto de alto rendimiento de primera categoría, ampliamente empleado en industrias de alta tecnología, como materiales fluorescentes, cerámica transparente, dispositivos electrónicos, energías renovables, materiales catalíticos y la industria aeroespacial.
Las cerámicas transparentes de alúmina de alta pureza presentan una excelente transmitancia de luz. Además, superan a las cerámicas opacas en propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas. Los sustratos cerámicos de alúmina son los más utilizados en la electrónica actual, constituyendo la base de los chips de circuitos integrados. La alúmina de alta pureza, empleada en sustratos cerámicos, tiene aplicaciones de alta gama, como componentes de precisión para equipos de semiconductores. Estas cerámicas exigen requisitos de rendimiento más estrictos que las cerámicas finas convencionales.
La parte abrasiva del líquido de pulido es crucial. La alúmina de alta pureza es ideal para ello. Con el auge de la industria de semiconductores de carburo de silicio, ahora debemos utilizar alúmina ultrafina de alta pureza para el pulido de semiconductores.
Piedra Bomu
La boehmita contiene una molécula de agua de cristalización. Su fórmula es γ-Al2O3·H2O o γ-AlOOH. Es un tipo de hidrato de alúmina.
Su gran superficie y alta porosidad la convierten en una materia prima clave para adsorbentes rápidos, eficientes y reutilizables. Conserva su forma tras un cambio de fase. Su biocompatibilidad la hace útil en ortopedia y odontología. Destaca en biomedicina. Su excepcional resistencia a la llama, buen relleno y resistencia a las fugas la hacen ampliamente utilizada en laminados de cobre ultrafinos de alto rendimiento. Su estructura rómbica estable y los grupos hidroxilo de alta densidad en la superficie permiten su modificación con diversos grupos funcionales. Es una materia prima para la fabricación de costosos catalizadores y reactivos soportados.
Nitruro de aluminio
A medida que los chips electrónicos se vuelven más rápidos y pequeños, su generación de calor se ha disparado. Por lo tanto, un encapsulado adecuado y una mejor disipación del calor se han convertido en obstáculos cruciales para el desarrollo de dispositivos de potencia. Los materiales cerámicos poseen una alta conductividad térmica y resistencia al calor, además de una gran resistencia mecánica y capacidad aislante. Sus propiedades térmicas coinciden con las de los materiales de los chips, lo que los hace ideales como sustratos para el encapsulado de dispositivos de potencia.
Entre ellos, el nitruro de aluminio es el material cerámico con la mejor conductividad térmica. Su conductividad térmica teórica puede alcanzar los 320 W/(m·K). Los productos comerciales tienen una conductividad térmica de entre 180 W y 260 W/(m·K). Esto lo hace adecuado para sustratos de encapsulado de chips de gran tamaño, alta potencia y gran cantidad de pines. Además de su alta conductividad térmica, sus excelentes propiedades también incluyen:
(1) El coeficiente de expansión térmica (4,3×10⁻⁶/℃) coincide con el de los materiales semiconductores de silicio ((3,5~4,0)×10⁻⁶/℃);
(2) Buenas propiedades mecánicas, superiores a las de las cerámicas de BeO y cercanas a las de la alúmina;
(3) Excelentes propiedades eléctricas, con una resistencia de aislamiento extremadamente alta y bajas pérdidas dieléctricas;
(4) Se puede realizar un cableado multicapa para lograr una alta densidad y miniaturización del empaque;
(5) No tóxico y respetuoso con el medio ambiente.
nitruro de silicio
El nitruro de silicio se utiliza actualmente principalmente como material cerámico. Las cerámicas de nitruro de silicio son vitales en la industria, especialmente en campos de alta tecnología. Por ejemplo:
De entre ellos, las bolas de rodamiento son los productos de cerámica de nitruro de silicio más utilizados. Su producción anual es de 301 TP3T, la mayor parte de la producción mundial de productos de nitruro de silicio de alto rendimiento. Las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio son superiores a las de acero. Son más ligeras, soportan altas temperaturas, son autolubricantes y resistentes a la corrosión. Su modo de fallo por fatiga es el mismo que el de las bolas de acero. Por lo tanto, las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio tienen múltiples aplicaciones. Se utilizan en rodamientos de precisión para máquinas herramienta, automóviles y turbinas eólicas. También se emplean en rodamientos petroquímicos resistentes a la corrosión y a altas temperaturas.
Alúmina esférica
De entre los numerosos polvos termoconductores, la alúmina esférica es la más popular en aplicaciones de alta gama. Su elevada conductividad térmica, alto factor de llenado, buena fluidez y bajo coste la convierten en la opción ideal. Cuenta con un proceso de producción consolidado y numerosas especificaciones.
Además, los polvos esféricos pueden mejorar notablemente los productos. Su forma regular, alta densidad y buena fluidez son fundamentales. Los polvos esféricos de Al₂O₃ poseen conductividad térmica. También se utilizan en cerámica y como soportes para catalizadores, campos en los que se realizan numerosos estudios.
Titanato de bario
El titanato de bario (BaTiO3) es una perovskita con estructura ABO3. Desde el siglo XX, la cerámica de titanato de bario posee excelentes propiedades dieléctricas, por lo que se utiliza como material dieléctrico en condensadores. Es un polvo cerámico electrónico ampliamente utilizado y también constituye la matriz para la fabricación de componentes electrónicos. Por ello, se le considera un pilar fundamental de la industria cerámica electrónica.“
Óxido de circonio nanocompuesto
La zirconia nanocompuesta es un tipo de zirconia. Un estabilizador puede hacer que mantenga una fase tetragonal o cúbica a temperatura ambiente. Los estabilizadores son principalmente óxidos de tierras raras y óxidos de metales alcalinotérreos. Entre los primeros se incluyen Y₂O₃ y CeO₂, y entre los segundos, CaO y MgO.
Con el avance de la ciencia y la tecnología, surgen nuevos instrumentos y equipos especializados que deben cumplir con altas exigencias en cuanto a materiales y funciones de los componentes. Existe una demanda creciente de materiales de circonia nanocompuesta. Sus productos son resistentes, al calor, al desgaste y a la corrosión, además de poseer propiedades ópticas especiales. La circonia estabilizada con itria es la circonia nanocompuesta más utilizada y representativa.
Posee alta conductividad de iones de oxígeno y buenas propiedades mecánicas. Resiste la oxidación y la corrosión. Tiene un alto coeficiente de dilatación térmica y baja conductividad térmica. Es estable y resistente a la oxidación.
Se utiliza ampliamente en materiales estructurales y funcionales, como sensores de oxígeno, bombas, pilas de combustible sólidas, cerámicas ferroeléctricas y recubrimientos para motores de aeronaves.
carburo de silicio de alta pureza
Los materiales de carburo de silicio se dividen en dos categorías: cerámicas y monocristales. Al ser un material cerámico, su pureza no es crucial en aplicaciones generales. Sin embargo, debe ser alta en casos especiales. Por ejemplo, se utiliza como componente de precisión en equipos de semiconductores, como las máquinas de litografía, para evitar que se vea afectada la pureza de las obleas de silicio.
Sin embargo, las propiedades del SiC dificultan el crecimiento de monocristales. Esto se debe principalmente a que, a presión normal, no existe una fase líquida con una proporción Si:C de 1:1. Los métodos tradicionales de la industria de semiconductores no permiten su crecimiento. Estos métodos incluyen la extracción directa y el crisol descendente. Para solucionar este problema, los científicos se han esforzado por encontrar maneras de producir cristales de SiC grandes, económicos y de alta calidad. Los métodos más populares son el PVT, el método de fase líquida y la deposición química en fase de vapor a alta temperatura.