Tipos comuns de cerâmicas avançadas

Tipos de cerâmica avançada

1. Cerâmica de óxido

• Alumina (Al₂O₃):

De todas as cerâmicas avançadas, a alumina, ou óxido de alumínio, é uma das opções mais comumente usadas e econômicas. Reconhecida por sua notável dureza, excelente resistência ao desgaste e excepcional isolamento elétrico, ela encontra ampla aplicação em substratos eletrônicos, selos mecânicos, implantes biomédicos e ferramentas de corte. Sua estabilidade térmica e capacidade de suportar altas temperaturas o tornam um material ideal para a fabricação de semicondutores, onde é necessária alta resistência dielétrica e robustez mecânica.

• Zircônia (ZrO₂):

A zircônia apresenta excelente tenacidade, resistência à fratura e alta resistência. É frequentemente chamada de "aço cerâmico" devido à sua propriedade exclusiva de impedir a propagação de rachaduras e o estresse de impacto. Em várias aplicações, incluindo implantes dentários, rolamentos de alto desempenho, instrumentos de corte e peças de desgaste, a zircônia tem sido amplamente utilizada. Devido à sua biocompatibilidade e qualidade estética, a zircônia é particularmente preferida para implantes médicos e joias.

2. Cerâmica não óxida

• Nitreto de alumínio (AlN):

O nitreto de alumínio é um material com alta condutividade térmica, combinado com excelente isolamento elétrico. Ele também é muito importante na eletrônica de alto desempenho devido à sua aplicação no gerenciamento térmico, como dissipadores de calor, substratos para eletrônica de potência e componentes ópticos. Sua capacidade de dissipar o calor com eficiência e, ao mesmo tempo, fornecer isolamento elétrico o torna indispensável em semicondutores.

• Nitreto de silício (Si₃N₄)

O nitreto de silício tem excelente dureza, resistência ao desgaste e resistência ao choque térmico. É amplamente utilizado em peças aeroespaciais e mecânicas, em componentes de motores, como material para ferramentas de corte e em rolamentos de alto desempenho devido às tensões mecânicas e térmicas extremas suportadas pelo material. Sua durabilidade em condições de alta temperatura o torna ideal para motores de turbina e outras aplicações de alto calor.

• Carbeto de silício (SiC):

Entre os materiais mais duros conhecidos, o carbeto de silício é caracterizado pela extrema condutividade térmica, força e resistência à abrasão. Esse material é utilizado em materiais abrasivos, ferramentas de corte, trocadores de calor e dispositivos semicondutores. A alta estabilidade térmica e a resistência do carbeto de silício o tornam adequado para aplicação em peças de freio automotivo e blindagem de cerâmica usada em setores militares.

• Nitreto de boro (BN):

Além das propriedades de condutividade térmica e lubrificação do grafite, o nitreto de boro é um isolante elétrico. O nitreto de boro vem em duas formas. O nitreto de boro hexagonal, hBN, tem estrutura semelhante à do grafite e, assim como o grafite, é um isolante elétrico. O nitreto de boro cúbico, cBN, é o segundo material mais duro, depois do diamante, usado em ferramentas de corte e rebolos na usinagem de metais e ligas endurecidos. O hBN é usado em lubrificantes de alta temperatura, como isolante térmico e em aplicações abrasivas.

• Carbeto de boro (B₄C):

O carbeto de boro é um dos materiais mais duros conhecidos, com sua dureza classificada apenas depois do diamante e do nitreto cúbico de boro. O carbeto de boro apresenta excelente dureza, baixa densidade, alta resistência química e absorção de nêutrons. Como resultado, o carbeto de boro tem usos consideráveis em áreas relacionadas à defesa, ou seja, na blindagem leve de veículos militares e na blindagem corporal pessoal. Suas propriedades de absorção de nêutrons são úteis em reatores nucleares, tanto para hastes de controle quanto para blindagem. As aplicações mais abrangentes envolvem materiais abrasivos, ferramentas de corte e agentes de polimento.

Tabela de dados de propriedade e uso

A tabela a seguir resume as principais propriedades e usos comuns dos materiais cerâmicos discutidos.

Para obter mais informações, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Perguntas frequentes

1. Qual é a diferença entre as cerâmicas avançadas e as cerâmicas tradicionais?

As cerâmicas avançadas são especialmente projetadas para oferecer propriedades mecânicas superiores, resistência a uma ampla faixa de temperatura e ataque químico. Todas essas características as tornam adequadas para aplicações industriais críticas, enquanto as cerâmicas convencionais são normalmente usadas em aplicações decorativas e de baixo desempenho.

2. Por que a zircônia é preferida para implantes dentários?

A zircônia é usada em implantes dentários por sua biocompatibilidade, força e resistência à fratura, entre outros motivos estéticos. Sua semelhança com os dentes naturais e a capacidade desse material de agir como um dente, combinadas com sua alta força e resistência a rachaduras, fazem dele um material perfeito para procedimentos odontológicos.

3. A cerâmica de alumina pode conduzir eletricidade?

Não, as cerâmicas de alumina são excelentes isolantes elétricos e encontram amplas aplicações onde o isolamento elétrico é necessário, desde componentes eletrônicos até substratos.

4. Por que o carbeto de boro é um bom revestimento de blindagem?

A extrema dureza, o peso leve e a resistência à penetração fazem do carbeto de boro um material ideal para fornecer proteção eficiente contra ameaças balísticas em blindagens corporais pessoais e em blindagens de veículos militares.

5. Por que o carbeto de boro é usado em reatores nucleares?

Ele é usado em reatores nucleares devido às suas propriedades de absorção de nêutrons, o que o torna muito eficaz para uso como material em hastes de controle e blindagem contra radiação. Isso ajuda no controle de reações nucleares e na proteção de equipamentos sensíveis.