Los cerámicos de nitruro de silicio son un nuevo tipo de material cerámico que, debido a sus propiedades y funciones únicas, se han convertido en una parte integral de la ciencia y tecnología avanzadas modernas. Como nuevo material cerámico, los cerámicos de nitruro de silicio se encuentran entre los cerámicos estructurales con el rendimiento más destacado. Son considerados como uno de los materiales cerámicos estructurales de alta temperatura más prometedores para el desarrollo y aplicaciones futuras.

• Ultra-Alta Resistencia: Las cerámicas de nitruro de silicio muestran una resistencia significativamente mayor en comparación con las cerámicas convencionales.

Alta dureza: Su dureza alcanza HRA91-93.

Estabilidad térmica: Son resistentes a la oxidación a temperaturas de hasta 1400°C.

Excelente Resistencia al Choque Térmico: Estas cerámicas pueden soportar cambios rápidos de temperatura sin agrietarse ni dañarse.

Excelente resistencia al desgaste: Las cerámicas de nitruro de silicio ofrecen una durabilidad superior contra la abrasión.

Propiedades autolubricantes: Exhiben una buena autolubricación, reduciendo la necesidad de lubricantes externos.

Excelente Aislamiento: Estas cerámicas proporcionan una excelente aislamiento eléctrico.

Alta conductividad térmica: transfieren eficientemente el calor, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alto rendimiento.

Comparado con otros materiales cerámicos, las cerámicas de nitruro de silicio poseen numerosas propiedades superiores, como una alta conductividad térmica teórica y una excelente estabilidad química. Estas características las convierten en un material altamente prometedor para la disipación de calor y el empaquetado en circuitos de alta velocidad y dispositivos de alta potencia. Se espera que aborden las limitaciones de los materiales de sustrato existentes como la alúmina y el nitruro de aluminio, mostrando un significativo potencial de mercado en dispositivos semiconductores de alta gama, particularmente como sustratos para componentes semiconductores de alta potencia.

Los sustratos cerámicos de nitruro de silicio se utilizan en una variedad de aplicaciones de alto rendimiento debido a su excelente conductividad térmica, alta resistencia y estabilidad en condiciones extremas. Estos sustratos son ideales para su uso en dispositivos electrónicos de alta potencia, proporcionando una disipación eficiente del calor y aislamiento eléctrico. Son especialmente valiosos en la industria de semiconductores, donde pueden utilizarse como materiales base para electrónica de potencia avanzada, LEDs y otros componentes de alto rendimiento. Los sustratos de nitruro de silicio ofrecen una mayor fiabilidad y longevidad en comparación con materiales tradicionales como la alúmina o el nitruro de aluminio, convirtiéndolos en un material clave para las tecnologías de próxima generación.

Debido a las excelentes propiedades de los cerámicos de nitruro de silicio, incluida la resistencia a la corrosión de metales no ferrosos, la estabilidad a altas temperaturas, la resistencia al desgaste súper duro, la auto lubricación, la resistencia al choque térmico y la resistencia al flujo a alta temperatura, son ideales para su uso en diversas aplicaciones metalúrgicas. Estas incluyen la fabricación de tubos de protección de termopar para medir la temperatura del aluminio fundido, anillos de separación de hierro, cubiertas de medidores de flujo, medidores de flujo de zinc, bombas electromagnéticas de aluminio líquido y crisoles de aluminio al vacío, así como otros componentes especializados.

La industria aeroespacial tiene requisitos muy estrictos para el rendimiento de los materiales. El nitruro de silicio, con su resistencia a altas temperaturas, buena tenacidad a la fractura, alta dureza, alta resistencia dieléctrica, excelente resistencia al choque térmico y propiedades tribológicas, lo convierten en una excelente elección para aplicaciones aeroespaciales. Garantiza una fiabilidad mecánica excepcional, resistencia al desgaste y durabilidad.

Rodamientos

Debido a la ultra-dureza, resistencia al desgaste y propiedades autolubricantes de las cerámicas de nitruro de silicio, los rodamientos fabricados con este material aumentan significativamente la vida útil en comparación con las aleaciones de rodamientos tradicionales y los aceros para rodamientos. Además, debido a que las cerámicas de nitruro de silicio tienen un coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo, se puede reducir la holgura del conjunto del rodamiento, lo que lo hace adecuado para rodamientos de ultra precisión y rodamientos de alta temperatura. Su fuerte resistencia a la corrosión también lo hace adecuado para rodamientos especiales que trabajan en entornos altamente corrosivos.

Válvulas y Tuberías

Las válvulas y tuberías tradicionales están hechas de materiales como acero inoxidable, nylon, plásticos y hierro fundido. Sin embargo, debido a la resistencia insuficiente a la temperatura, a la corrosión y al desgaste, a menudo experimentan problemas como fugas, lo que afecta gravemente la eficiencia del transporte de fluidos. El uso de cerámicas de nitruro de silicio puede extender significativamente la vida útil, ahorrar tiempo de mantenimiento y reducir los costos de producción.

Herramientas de corte de cerámica

Los materiales de herramientas de corte cerámicas tienen una dureza incomparable, alta estabilidad química y bajos coeficientes de fricción, ofreciendo vastas perspectivas de aplicación en el campo del corte. Estas herramientas permiten el corte a alta velocidad, reducen la frecuencia de reemplazo de herramientas y minimizan los errores dimensionales causados por el desgaste de la herramienta, ofreciendo ventajas significativas en máquinas CNC y centros de mecanizado.

Cerámicas de nitruro de silicio, al ser compuestos covalentes, dependen de enlaces covalentes entre átomos, lo que les otorga alta dureza y resistencia al desgaste. La dureza del nitruro de silicio es solo superada por el diamante y el nitruro de boro cúbico, y su bajo coeficiente de fricción y propiedades autolubricantes lo hacen ideal para la molienda fina. En comparación con los medios de molienda tradicionales, las bolas de molienda de cerámica de nitruro de silicio tienen una mayor dureza y mejor resistencia al desgaste, lo que las hace superiores en industrias como la de polvo ultrafino y procesamiento de alimentos.

Los cerámicos de nitruro de silicio poroso tienen una gran área superficial específica, alta resistencia, excelente resistencia al choque térmico y buena estabilidad química, lo que los hace adecuados como soportes de catalizadores. Por ejemplo, el uso de nitruro de silicio como material de soporte en catalizadores de purificación de escape automotriz se ha vuelto popular. Las estructuras en panal comúnmente se fabrican con materiales como cordierita, alúmina y nitruro de silicio. Actualmente, el desarrollo de soportes cerámicos porosos de alta eficiencia y respetuosos con el medio ambiente es un enfoque clave de los esfuerzos nacionales de investigación y desarrollo.

Los materiales de nitruro de silicio poroso tienen una alta resistencia mecánica, lo que les permite soportar grandes diferenciales de presión. También son altamente resistentes a altas temperaturas, con una excelente estabilidad térmica, lo que los hace adecuados para la filtración de gases a alta temperatura, con temperaturas de funcionamiento superiores a 1000°C. Además, tienen una excelente conductividad térmica, un pequeño coeficiente de expansión térmica y una alta eficiencia de filtración, lo que los hace ideales para filtrar gases tóxicos y adsorber sustancias peligrosas en aplicaciones industriales, desempeñando así un papel significativo en la reducción de la contaminación atmosférica.

Los materiales de comunicación aeroespacial (radomos de antena) protegen las naves espaciales de condiciones ambientales adversas y garantizan el correcto funcionamiento de sistemas como comunicaciones, telemetría, detonadores y guía. Los cerámicos de nitruro de silicio poroso tienen una constante dieléctrica baja, baja pérdida dieléctrica, baja densidad, excelente aislamiento y buena resistencia. Estas características, junto con su larga vida útil, hacen del nitruro de silicio un material prometedor para los radomos aeroespaciales, con una menor absorción de ondas de radar en comparación con otros materiales cerámicos.

El desarrollo de motores cerámicos es un objetivo principal de la investigación en cerámica estructural de alta temperatura y una de sus aplicaciones más importantes. Los componentes del motor suelen operar en condiciones extremas de altas temperaturas y altas velocidades, que los metales comunes o polímeros no pueden soportar. Incluso las aleaciones de alta temperatura solo pueden operar a temperaturas de hasta 1050°C y tienen una eficiencia relativamente baja. Sin embargo, los motores cerámicos de nitruro de silicio pueden operar a temperaturas que van desde 1200°C hasta 1650°C, mejorando el rendimiento del motor, aumentando la eficiencia de combustión y conservando energía.

Los cerámicos de nitruro de silicio son conocidos por su excelente resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación a altas temperaturas, lo que los hace adecuados para diversos componentes como sellos mecánicos, válvulas, contenedores de metal fundido, rodillos, rodamientos de alta velocidad, matrices de estirado de metal, matrices de extrusión, y más. Se aplican ampliamente en industrias como la maquinaria, el acero, la metalurgia, la ingeniería química y la aeroespacial. La cuota de mercado en estos sectores en el extranjero es aproximadamente diez veces mayor que en el mercado nacional, y se espera que alcance los 10 mil millones de yuanes.

Los cerámicos de nitruro de silicio se estudian, desarrollan y aplican principalmente como materiales estructurales y de ingeniería de alta temperatura. La demanda anual nacional de cerámicos especiales de nitruro supera las 270,000 toneladas, mientras que la producción nacional es solo alrededor de 100,000 toneladas. Como un mejorador de nitrógeno en aceros estructurales, el nitruro de silicio puede mejorar el rendimiento integral del acero, con una demanda anual nacional que supera las 60,000 toneladas. En la producción de acero, la demanda de materiales refractarios supera las 100,000 toneladas. Para el procesamiento profundo de materias primas como rodamientos de nitruro de silicio, carcasas de motores y herramientas de corte, la demanda anual es de alrededor de 60,000 toneladas.

En general, la demanda del mercado interno es sustancial. Normalmente, por cada 10,000 toneladas de acero producidas, se consume 1 tonelada de aleaciones duras. El crecimiento de las aleaciones duras por sí solo es insuficiente, por lo que la demanda de cerámicas especiales de nitruro aumentará inevitablemente. Actualmente, el mercado interno solo puede producir un pequeño número de herramientas cerámicas prensadas en caliente de formas simples, y no puede satisfacer la demanda de herramientas con agujeros centrales y ranuras de corte, sin poder satisfacer las necesidades del mercado.