Tipos comunes de cerámica avanzada

Tipos de cerámica avanzada

1. Cerámicas de óxido

• Alúmina (Al₂O₃):

De todas las cerámicas avanzadas, la alúmina, u óxido de aluminio, es una de las opciones más utilizadas y rentables. Conocida por su notable dureza, excelente resistencia al desgaste y extraordinario aislamiento eléctrico, tiene una amplia aplicación en sustratos electrónicos, juntas mecánicas, implantes biomédicos y herramientas de corte. Su estabilidad térmica y su capacidad para soportar altas temperaturas lo convierten en un material ideal para la fabricación de semiconductores, donde se necesita una elevada rigidez dieléctrica junto con robustez mecánica.

• Circonia (ZrO₂):

El ó xidode circonio posee una excelente dureza, resistencia a la fractura y gran resistencia. A menudo se denomina "acero cerámico" por su propiedad única de impedir la propagación de grietas y la tensión por impacto. La zirconia se ha utilizado ampliamente en diversas aplicaciones, como implantes dentales, cojinetes de alto rendimiento, instrumentos de corte y piezas de desgaste. Debido a su biocompatibilidad y calidad estética, la zirconia es particularmente favorecida para implantes médicos y joyería.

2. Cerámicas sin óxido

• Nitruro de aluminio (AlN):

El nitruro de aluminio es un material de alta conductividad térmica, combinada con un excelente aislamiento eléctrico. También es muy importante en la electrónica de alto rendimiento por su aplicación en la gestión térmica, como disipadores de calor, sustratos para electrónica de potencia y componentes ópticos. Su capacidad para disipar eficazmente el calor a la vez que proporciona aislamiento eléctrico lo hace indispensable en los semiconductores.

• Nitruro de silicio (Si₃N₄)

El nitruro de silicio tiene una excelente dureza, resistencia al desgaste y resistencia al choque térmico. Se utiliza mucho en piezas aeroespaciales y mecánicas, en componentes de motores, como material para herramientas de corte y en cojinetes de alto rendimiento debido a las extremas tensiones mecánicas y térmicas que soporta el material. Su durabilidad en condiciones de alta temperatura lo hace ideal para motores de turbina y otras aplicaciones de alto calor.

• Carburo de silicio (SiC):

Entre los materiales más duros conocidos, el carburo de silicio se caracteriza por su extrema conductividad térmica, fuerza y resistencia a la abrasión. Este material se utiliza en materiales abrasivos, herramientas de corte, intercambiadores de calor y dispositivos semiconductores. La gran estabilidad térmica y resistencia del carburo de silicio lo hacen adecuado para su aplicación en piezas de frenos de automóviles y blindajes cerámicos utilizados en sectores militares.

• Nitruro de boro (BN):

Además de la conductividad térmica y las propiedades lubricantes del grafito, el nitruro de boro es un aislante eléctrico. El nitruro de boro se presenta en dos formas. El nitruro de boro hexagonal, hBN, tiene una estructura similar a la del grafito y, al igual que éste, es un aislante eléctrico. El nitruro de boro cúbico, cBN, es el segundo material más duro, después del diamante, y se utiliza en herramientas de corte y muelas abrasivas para el mecanizado de metales y aleaciones endurecidos. El hBN se utiliza en lubricantes de alta temperatura, como aislante térmico y en aplicaciones abrasivas.

• Carburo de boro (B₄C):

El carburo de boro es uno de los materiales más duros que se conocen, con una dureza sólo inferior a la del diamante y el nitruro de boro cúbico. El carburo de boro presenta una excelente dureza, baja densidad, alta resistencia química y absorción de neutrones. Como resultado, el carburo de boro tiene usos considerables en áreas relacionadas con la defensa, concretamente en el blindaje ligero de vehículos militares y armaduras personales. Sus propiedades de absorción de neutrones son útiles en los reactores nucleares, tanto para las barras de control como para el blindaje. También se utiliza en materiales abrasivos, herramientas de corte y agentes de pulido.

Tabla de propiedades y datos de uso

La siguiente tabla resume las propiedades clave y los usos comunes de los materiales cerámicos analizados.

Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Preguntas más frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre la cerámica avanzada y la cerámica tradicional?

Las cerámicas avanzadas están especialmente diseñadas para ofrecer propiedades mecánicas superiores, resistencia a un amplio rango de temperaturas y a los ataques químicos. Todas estas características las hacen adecuadas para aplicaciones industriales críticas, mientras que las cerámicas convencionales se utilizan normalmente en aplicaciones decorativas y de bajo rendimiento.

2. ¿Por qué se prefiere el óxido de circonio para los implantes dentales?

La zirconia se utiliza en implantes dentales por su biocompatibilidad, resistencia y tenacidad a la fractura, entre otras razones estéticas. Su parecido con los dientes naturales y la capacidad de este material para actuar como un diente, combinados con su alta fuerza y resistencia a la fractura, lo convierten en un material perfecto para procedimientos dentales.

3. ¿Puede la cerámica de alúmina conducir la electricidad?

No, las cerámicas de alúmina son excelentes aislantes eléctricos y encuentran amplias aplicaciones allí donde se requiere aislamiento eléctrico, desde componentes electrónicos hasta sustratos.

4. ¿Por qué el carburo de boro es un buen blindaje?

La extrema dureza, ligereza y resistencia a la penetración hacen del carburo de boro un material ideal para proporcionar una protección eficaz contra las amenazas balísticas tanto en el blindaje personal como en el blindaje de vehículos militares.

5. ¿Por qué se utiliza el carburo de boro en los reactores nucleares?

Se utiliza en reactores nucleares debido a sus propiedades de absorción de neutrones, lo que lo hace muy eficaz para su uso como material en barras de control y blindaje contra la radiación. Esto ayuda a controlar las reacciones nucleares y a proteger los equipos sensibles.