As cerâmicas avançadas se destacam em muitas propriedades. Possuem qualidades mecânicas, acústicas, ópticas, térmicas, elétricas e biológicas. São utilizadas em áreas de alta tecnologia, como aeroespacial, eletrônica e biomedicina. Também são empregadas na manufatura avançada. Existem muitos tipos de cerâmicas avançadas. Cada tipo possui suas próprias características. Por exemplo, as cerâmicas de alumina resistem à oxidação. As cerâmicas de nitreto de silício são fortes e resistentes à corrosão elétrica. As cerâmicas de óxido de zircônio são resistentes e biocompatíveis.
Alumina de alta pureza
A alumina de alta pureza (4N ou superior) possui muitas vantagens. É extremamente pura, dura e resistente. Resiste a altas temperaturas e ao desgaste. Apresenta também bom isolamento e propriedades químicas estáveis. Sua contração em altas temperaturas é moderada. Possui bom desempenho de sinterização. Suas propriedades são superiores às da alumina em pó comum. São propriedades ópticas, elétricas, magnéticas, térmicas e mecânicas. É um material de alta qualidade e valor agregado, com ampla aplicação na indústria química moderna. A alumina de alta pureza é um produto de alumina de alto desempenho, amplamente utilizado em indústrias de alta tecnologia, incluindo materiais fluorescentes, cerâmicas transparentes, dispositivos eletrônicos, novas energias, materiais catalíticos e aeroespacial.
As cerâmicas transparentes de alumina de alta pureza apresentam boa transmitância luminosa. Além disso, superam as cerâmicas opacas em propriedades mecânicas, ópticas, térmicas e elétricas. Os substratos cerâmicos de alumina são os mais utilizados na eletrônica atual, sendo os materiais básicos para chips de circuitos integrados. A alumina de alta pureza, utilizada em substratos cerâmicos, possui aplicações de ponta, incluindo componentes de precisão para equipamentos semicondutores. Essas cerâmicas têm requisitos de desempenho mais rigorosos do que as cerâmicas finas em geral.
A parte abrasiva do líquido de polimento é crucial. Alumina de alta pureza é ideal para essa função. Com o crescimento da indústria de semicondutores de carbeto de silício, agora precisamos usar alumina ultrafina de alta pureza para o polimento de semicondutores.
Pedra Bomu
A boehmita contém uma molécula de água cristalina. Sua fórmula é γ-Al₂O₃·H₂O ou γ-AlOOH. É um tipo de hidrato de alumina.
Sua elevada área superficial e grande porosidade fazem dele uma matéria-prima essencial para adsorventes rápidos, eficientes e reutilizáveis. Mantém sua forma após uma mudança de fase. Sua biocompatibilidade o torna útil em ortopedia e odontologia. Destaca-se na biomedicina. Sua singular resistência à chama, bom poder de preenchimento e resistência a vazamentos o tornam amplamente utilizado em laminados de cobre ultrafinos de alto desempenho. Sua estrutura rômbica estável e a alta densidade de grupos hidroxila na superfície permitem a modificação por diversos grupos funcionais. É uma matéria-prima para a fabricação de catalisadores e reagentes suportados de alto custo.
Nitreto de alumínio
Com a miniaturização e a velocidade crescente dos chips eletrônicos, a geração de calor aumentou exponencialmente. Assim, o encapsulamento adequado e a dissipação térmica eficiente tornaram-se gargalos no desenvolvimento de dispositivos de potência. Os materiais cerâmicos apresentam alta condutividade térmica e resistência ao calor, além de alta resistência mecânica e isolamento. Suas propriedades térmicas são compatíveis com as dos materiais dos chips, sendo, portanto, ideais para substratos de encapsulamento de dispositivos de potência.
Dentre eles, o nitreto de alumínio é o material cerâmico com a melhor condutividade térmica. Sua condutividade térmica teórica pode atingir 320 W/(m·K). Produtos comerciais apresentam condutividade térmica de 180 a 260 W/(m·K). Isso o torna adequado para substratos de encapsulamento de chips de alta potência, com muitos terminais e de grande porte. Além da alta condutividade térmica, suas excelentes propriedades também incluem:
(1) O coeficiente de expansão térmica (4,3×10-6/℃) corresponde ao dos materiais semicondutores de silício ((3,5~4,0)×10-6/℃);
(2) Boas propriedades mecânicas, superiores às cerâmicas de BeO e próximas às da alumina;
(3) Excelentes propriedades elétricas, com resistência de isolamento extremamente alta e baixa perda dielétrica;
(4) A fiação multicamadas pode ser realizada para alcançar alta densidade e miniaturização da embalagem;
(5) Não tóxico e ecologicamente correto.
Nitreto de silício
O nitreto de silício é atualmente utilizado principalmente como material cerâmico. As cerâmicas de nitreto de silício são vitais na indústria, especialmente em áreas de alta tecnologia. Por exemplo:
Dentre eles, as esferas de rolamento são os produtos cerâmicos de nitreto de silício mais utilizados. Sua produção anual é de 301.300 toneladas, representando a maior parte dos produtos de nitreto de silício de alto desempenho do mundo. As esferas de rolamento de cerâmica de nitreto de silício são superiores às esferas de aço. São mais leves, suportam altas temperaturas, são autolubrificantes e resistentes à corrosão. Seu modo de falha por fadiga é o mesmo das esferas de aço. Assim, as esferas de rolamento de cerâmica de nitreto de silício têm diversas aplicações. São utilizadas em rolamentos de precisão para máquinas-ferramenta, automóveis e turbinas eólicas. Também são encontradas em rolamentos petroquímicos resistentes a altas temperaturas e à corrosão.
Alumina esférica
Dentre os diversos pós termicamente condutores, a alumina esférica é a mais popular em aplicações de alta tecnologia. Sua alta condutividade térmica, alto fator de preenchimento, boa fluidez e baixo custo a tornam ideal. Possui um processo de produção consolidado e diversas especificações.
Além disso, pós esféricos podem melhorar significativamente os produtos. Sua forma regular, alta densidade e boa fluidez são fundamentais. Os pós esféricos de Al₂O₃ possuem condutividade térmica. Eles também são utilizados em cerâmicas e como suportes de catalisadores, sendo amplamente estudados nessas áreas.
Titanato de bário
O titanato de bário (BaTiO3) possui uma estrutura perovskita do tipo ABO3. Desde o século XX, as cerâmicas de titanato de bário têm demonstrado excelentes propriedades dielétricas. Por isso, são utilizadas como material dielétrico em capacitores. Trata-se de um pó cerâmico amplamente utilizado na eletrônica, sendo também o material matriz para a fabricação de componentes eletrônicos. Consequentemente, é considerado o "pilar da indústria de cerâmica eletrônica".“
Óxido de zircônio nanocompósito
A zircônia nanocompósita é um tipo de zircônia. Um estabilizador pode fazer com que ela mantenha uma fase tetragonal ou cúbica à temperatura ambiente. Os estabilizadores são principalmente óxidos de terras raras e óxidos de metais alcalino-terrosos. Os primeiros incluem Y₂O₃ e CeO₂. Os últimos são CaO e MgO.
Com o avanço da ciência e da tecnologia, novos instrumentos e equipamentos de uso específico estão surgindo. Eles precisam atender às altas exigências quanto aos materiais e às funções dos componentes. Há uma demanda crescente por materiais de zircônia nanocompósitos. Seus produtos são resistentes, resistentes ao calor, ao desgaste e à corrosão, além de possuírem propriedades ópticas especiais. A zircônia estabilizada com ítria é a zircônia nanocompósita mais utilizada e representativa.
Possui alta condutividade iônica de oxigênio e boas propriedades mecânicas. Resiste à oxidação e à corrosão. Apresenta alto coeficiente de expansão térmica e baixa condutividade térmica. É estável e resistente à oxidação.
É amplamente utilizado em materiais estruturais e funcionais. Alguns exemplos são: sensores de oxigênio, bombas, células de combustível sólido, cerâmicas ferroelétricas e revestimentos de motores de aeronaves.
Carbeto de silício de alta pureza
Os materiais de carbeto de silício se dividem em duas categorias: cerâmicas e monocristais. Como material cerâmico, sua pureza não é muito importante em aplicações gerais. No entanto, ela precisa ser alta em casos especiais. Por exemplo, é usado como componente de precisão em equipamentos semicondutores, como máquinas de litografia. Isso evita afetar a pureza das lâminas de silício.
No entanto, as propriedades do SiC dificultam o crescimento de monocristais. Isso ocorre principalmente porque, à pressão normal, não existe uma fase líquida com uma proporção Si:C de 1:1. Os métodos convencionais da indústria de semicondutores não conseguem produzir SiC. Esses métodos incluem o de extração direta e o de deposição em cadinho. Para solucionar esse problema, cientistas têm se empenhado em encontrar maneiras de produzir cristais de SiC de alta qualidade, grandes e baratos. Os métodos mais populares são o PVT (deposição em fase líquida) e a deposição química em fase vapor a alta temperatura.