Cuatro aplicaciones principales de la cerámica de nitruro de silicio

1. Aplicaciones de la cerámica de nitruro de silicio en el campo mecánico

La cerámica de nitruro de silicio se utiliza en la industria de la maquinaria en válvulas, tuberías, ruedas clasificadoras y herramientas de corte. Su uso más común son las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio.

En comparación con las bolas de acero, las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio presentan ventajas sobresalientes: baja densidad, resistencia a altas temperaturas, autolubricación y resistencia a la corrosión. Se utilizan en rodamientos de alta velocidad para husillos eléctricos de máquinas herramienta, motores aeroespaciales, turbinas eólicas y motores de automóviles. Rodamientos para equipos como…

Como cuerpo giratorio de alta velocidad, la bola de cerámica genera tensión centrífuga, y la baja densidad del nitruro de silicio reduce dicha tensión en el anillo exterior del cuerpo giratorio.

2. Aplicación de la cerámica de nitruro de silicio en el campo de los semiconductores

Además de sus excelentes propiedades mecánicas, la cerámica de nitruro de silicio también presenta una conductividad térmica excepcional, lo que la hace idónea para su uso en el exigente campo de los semiconductores. En el ámbito de los circuitos integrados, el grado de integración y la potencia van en aumento, lo que impone mayores exigencias a la resistencia a la flexión, la estabilidad y la capacidad de disipación de calor de los sustratos de los chips encapsulados.

Los sustratos cerámicos de nitruro de silicio presentan una conductividad térmica superior (los valores típicos para productos comerciales oscilan entre 80 y 90 W/mK). En comparación con los sustratos de alúmina o ZTA, su conductividad térmica es más del triple y su coeficiente de expansión térmica (2,4 ppm/K) es bajo, similar al de los chips semiconductores (Si, SiC), lo que les confiere una buena adaptación térmica.

Además, los sustratos cerámicos de nitruro de silicio poseen excelentes propiedades mecánicas, destacando su alta resistencia a la flexión y su elevada tenacidad a la fractura. En comparación con los sustratos de alúmina o nitruro de aluminio, presentan más del doble de resistencia a la flexión, con un valor de 600 a 850 MPa y una tenacidad a la fractura de 5 a 7 MPa·m½. Esto les confiere una resistencia extremadamente alta al choque térmico y al frío (fiabilidad extremadamente alta), y permite soldar capas de cobre muy gruesas (hasta 800 μm) a sustratos de nitruro de silicio relativamente delgados. Por consiguiente, la capacidad de conducción de corriente es alta y la transferencia de calor es muy buena. Gracias a su excelente rendimiento, los sustratos de nitruro de silicio presentan buenas perspectivas de aplicación en módulos de potencia (módulos de potencia IGBT/SiC) para el transporte ferroviario, la energía eólica, la energía fotovoltaica, los vehículos de nuevas energías, etc.

3. Aplicación de la cerámica de nitruro de silicio en el campo de la biocerámica
Como materiales biocerámicos de nueva generación, la cerámica de nitruro de silicio no solo posee las excelentes cualidades que deben tener los materiales cerámicos, sino que también presenta buenas propiedades radiográficas, antiinfecciosas, biocompatibles y de osteointegración. Se utiliza ampliamente en biosensores, implantes de columna vertebral y ortopedia, así como en implantes dentales y de otro tipo.

4. Aplicación de la cerámica de nitruro de silicio en el campo de los materiales transmisores de ondas
La cerámica de nitruro de silicio y sus materiales compuestos poseen excelentes propiedades, como resistencia al calor, transmisión de ondas y capacidad de carga, lo que los convierte en uno de los materiales de alto rendimiento y transparencia a las ondas de nueva generación estudiados. Gracias a la introducción de poros, la cerámica de nitruro de silicio porosa presenta baja densidad, baja conductividad térmica, excelente permeabilidad al vapor de agua y buena transmitancia de ondas electromagnéticas. Además, poseen alta resistencia específica, alto módulo específico, alta resistencia a la temperatura, resistencia a la oxidación y resistencia a las ondas electromagnéticas. Gracias a sus características de resistencia al desgaste y otras propiedades, pueden utilizarse como material cerámico transmisor de ondas para la fabricación de radomos y ventanas de antenas.