Os cerâmicos de nitreto de silício são um novo tipo de material cerâmico que, devido às suas propriedades e funções únicas, tornaram-se uma parte integrante da ciência e tecnologia avançadas modernas. Como um novo material cerâmico, os cerâmicos de nitreto de silício estão entre os cerâmicos estruturais com o desempenho mais abrangente. São considerados um dos materiais cerâmicos estruturais de alta temperatura mais promissores para o desenvolvimento e aplicações futuras.

• Ultra-Alta Resistência: Cerâmicas de nitreto de silício apresentam resistência significativamente maior em comparação com cerâmicas convencionais.

Alta Dureza: Sua dureza atinge HRA91-93.

Estabilidade térmica: São resistentes à oxidação a temperaturas de até 1400°C.

Excelente Resistência ao Choque Térmico: Estas cerâmicas podem suportar mudanças rápidas de temperatura sem rachar ou danificar.

Excelente Resistência ao Desgaste: Cerâmicas de nitreto de silício oferecem durabilidade superior contra abrasão.

Propriedades Autolubrificantes: Eles apresentam boa autolubrificação, reduzindo a necessidade de lubrificantes externos.

Excelente Isolamento: Estas cerâmicas fornecem uma excelente isolamento elétrico.

Alta Condutividade Térmica: Eles transferem calor de forma eficiente, tornando-os adequados para aplicações de alto desempenho.

Comparadas a outros materiais cerâmicos, as cerâmicas de nitreto de silício possuem inúmeras propriedades superiores, como alta condutividade térmica teórica e excelente estabilidade química. Essas características as tornam um material altamente promissor para dissipação de calor e embalagem em circuitos de alta velocidade e dispositivos de alta potência. Espera-se que elas abordem as limitações dos materiais de substrato existentes, como alumina e nitreto de alumínio, mostrando um significativo potencial de mercado em dispositivos semicondutores de alta qualidade, particularmente como substratos para componentes semicondutores de alta potência.

Os substratos cerâmicos de nitreto de silício são utilizados em uma variedade de aplicações de alto desempenho devido à sua excelente condutividade térmica, alta resistência e estabilidade em condições extremas. Esses substratos são ideais para uso em dispositivos eletrônicos de alta potência, proporcionando dissipação eficiente de calor e isolamento elétrico. Eles são especialmente valiosos na indústria de semicondutores, onde podem ser usados como materiais base para eletrônicos de potência avançados, LEDs e outros componentes de alto desempenho. Os substratos de nitreto de silício oferecem maior confiabilidade e longevidade em comparação com materiais tradicionais como alumina ou nitreto de alumínio, tornando-os um material-chave para tecnologias de próxima geração.

Devido às excelentes propriedades dos cerâmicos de nitreto de silício, incluindo resistência à corrosão de metais não ferrosos, estabilidade em altas temperaturas, resistência ao desgaste superduro, autolubrificação, resistência ao choque térmico e resistência ao fluência em altas temperaturas, eles são ideais para uso em várias aplicações metalúrgicas. Estas incluem a fabricação de tubos de proteção de termopar para medir a temperatura do alumínio fundido, anéis de separação de ferro, coberturas de medidores de vazão, medidores de vazão de zinco, bombas eletromagnéticas de alumínio líquido e cadinhos de alumínio a vácuo, bem como outros componentes especializados.

A indústria aeroespacial tem requisitos muito rigorosos para o desempenho dos materiais. O nitreto de silício, com sua resistência a altas temperaturas, boa tenacidade à fratura, alta dureza, alta resistência dielétrica, excelente resistência ao choque térmico e propriedades tribológicas, torna-se uma excelente escolha para aplicações aeroespaciais. Garante uma confiabilidade mecânica excepcional, resistência ao desgaste e durabilidade.

Rolamentos

Devido à ultra-dureza, resistência ao desgaste e propriedades autolubrificantes dos cerâmicos de nitreto de silício, os rolamentos feitos deste material aumentam significativamente a vida útil em comparação com ligas de rolamentos tradicionais e aços para rolamentos. Além disso, devido ao coeficiente de expansão térmica extremamente baixo dos cerâmicos de nitreto de silício, a folga da montagem do rolamento pode ser reduzida, tornando-o adequado para rolamentos de ultra precisão e rolamentos de alta temperatura. Sua forte resistência à corrosão também o torna adequado para rolamentos especiais que trabalham em ambientes altamente corrosivos.

Válvulas e Tubulações

Válvulas e tubulações tradicionais são feitas de materiais como aço inoxidável, nylon, plásticos e ferro fundido. No entanto, devido à resistência insuficiente à temperatura, resistência à corrosão e resistência ao desgaste, muitas vezes apresentam problemas como vazamentos, o que afeta severamente a eficiência do transporte de fluidos. O uso de cerâmicas de nitreto de silício pode estender significativamente a vida útil, economizar tempo de manutenção e reduzir os custos de produção.

Ferramentas de corte de cerâmica

Materiais de ferramentas de corte de cerâmica possuem dureza incomparável, alta estabilidade química e baixos coeficientes de atrito, oferecendo vastas perspectivas de aplicação no campo de corte. Essas ferramentas permitem corte em alta velocidade, reduzem a frequência de substituição da ferramenta e minimizam erros dimensionais causados pelo desgaste da ferramenta, oferecendo vantagens significativas em máquinas CNC e centros de usinagem.

Cerâmicas de nitreto de silício, sendo compostos covalentes, dependem de ligações covalentes entre átomos, o que lhes confere alta dureza e resistência ao desgaste. A dureza do nitreto de silício é a segunda apenas ao diamante e ao nitreto de boro cúbico, e seu baixo coeficiente de atrito e propriedades auto lubrificantes o tornam ideal para moagem fina. Comparadas às mídias de moagem tradicionais, as bolas de moagem de cerâmica de nitreto de silício têm maior dureza e melhor resistência ao desgaste, tornando-as superiores em indústrias como pó ultrafino e processamento de alimentos.

Cerâmicas de nitreto de silício poroso têm uma grande área de superfície específica, alta resistência, excelente resistência ao choque térmico e boa estabilidade química, tornando-as adequadas como suportes de catalisadores. Por exemplo, o uso de nitreto de silício como material de suporte em catalisadores de purificação de escape automotivo tornou-se popular. Estruturas em forma de favo de mel são comumente feitas de materiais como cordierita, alumina e nitreto de silício. Atualmente, o desenvolvimento de suportes cerâmicos porosos de alta eficiência e ambientalmente amigáveis é um foco chave dos esforços nacionais de pesquisa e desenvolvimento.

Materiais de nitreto de silício poroso têm alta resistência mecânica, permitindo que suportem grandes diferenciais de pressão. Eles também são altamente resistentes a altas temperaturas, com excelente estabilidade térmica, tornando-os adequados para filtração de gás em alta temperatura, com temperaturas de operação superiores a 1000°C. Além disso, possuem excelente condutividade térmica, um pequeno coeficiente de expansão térmica e alta eficiência de filtração, tornando-os ideais para filtrar gases tóxicos e adsorver substâncias perigosas em aplicações industriais, desempenhando assim um papel significativo na redução da poluição atmosférica.

Materiais de comunicação aeroespacial (radomes de antena) protegem espaçonaves de condições ambientais adversas e garantem o funcionamento adequado de sistemas como comunicações, telemetria, detonadores e orientação. Cerâmicas de nitreto de silício poroso têm uma constante dielétrica baixa, baixa perda dielétrica, baixa densidade, excelente isolamento e boa resistência. Essas características, juntamente com sua longa vida útil, tornam o nitreto de silício um material promissor para radomes aeroespaciais, com menor absorção de ondas de radar em comparação com outros materiais cerâmicos.

O desenvolvimento de motores cerâmicos é um dos principais objetivos da pesquisa em cerâmica estrutural de alta temperatura e uma de suas aplicações mais importantes. Os componentes do motor normalmente operam em condições extremas de altas temperaturas e altas velocidades, que metais comuns ou polímeros não podem suportar. Mesmo ligas de alta temperatura só podem operar em temperaturas de até 1050°C e têm eficiência relativamente baixa. Os motores cerâmicos de nitreto de silício, no entanto, podem operar em temperaturas que variam de 1200°C a 1650°C, melhorando o desempenho do motor, aumentando a eficiência de combustão e conservando energia.

Os cerâmicos de nitreto de silício são conhecidos pela sua excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência à oxidação em altas temperaturas, tornando-os adequados para vários componentes, como selos mecânicos, válvulas, recipientes de metal fundido, rolos, rolamentos de alta velocidade, matrizes de estiramento de metal, matrizes de extrusão e muito mais. Eles são amplamente aplicados em indústrias como máquinas, aço, metalurgia, engenharia química e aeroespacial. A participação de mercado nestes setores no exterior é aproximadamente dez vezes maior do que no mercado interno, que se espera atingir 10 bilhões de yuan.

Os cerâmicos de nitreto de silício são principalmente estudados, desenvolvidos e aplicados como materiais estruturais e de engenharia de alta temperatura. A demanda doméstica anual por cerâmicos especiais de nitreto excede 270.000 toneladas, enquanto a produção doméstica é de apenas cerca de 100.000 toneladas. Como um melhorador de nitrogênio em aços estruturais, o nitreto de silício pode melhorar o desempenho abrangente do aço, com uma demanda de mercado anual doméstica superior a 60.000 toneladas. Na produção de aço, a demanda por materiais refratários excede 100.000 toneladas. Para matérias-primas de processamento profundo, como rolamentos de nitreto de silício, carcaças de motores e ferramentas de corte, a demanda anual é de cerca de 60.000 toneladas.

Em geral, a demanda do mercado interno é substancial. Tipicamente, para cada 10.000 toneladas de aço produzidas, é consumida 1 tonelada de ligas duras. O crescimento das ligas duras sozinho é insuficiente, assim a demanda por cerâmicas especiais de nitreto inevitavelmente aumentará. Atualmente, o mercado interno só pode produzir um pequeno número de ferramentas cerâmicas prensadas a quente em formas simples e não consegue atender à demanda por ferramentas com furos centrais e sulcos de corte, não conseguindo satisfazer as necessidades do mercado.