La cerámica especial se refiere a una clase de cerámica con propiedades mecánicas, físicas o químicas especiales. Las materias primas utilizadas y la tecnología de producción requerida difieren considerablemente de las cerámicas ordinarias. Según sus características y usos, la cerámica especial se divide en dos categorías: cerámica estructural y cerámica funcional. La cerámica estructural se refiere a la cerámica que se utiliza como material estructural en ingeniería y que generalmente posee alta resistencia, dureza, módulo elástico, resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, a la corrosión, a la oxidación y al choque térmico, entre otras características.
Existen muchos tipos de cerámicas estructurales, cada una con sus ventajas y desventajas, y la dirección de aplicación de dichas ventajas y desventajas es diferente. Entre ellas, la "cerámica de nitruro de silicio", debido al equilibrio de su rendimiento en todos los aspectos, es conocida como la de mejor rendimiento integral dentro de la familia de las cerámicas estructurales, y tiene una gama de aplicaciones extremadamente amplia.
Ventajas de la cerámica de nitruro de silicio
El nitruro de silicio (Si₃N₄) se puede dividir en compuestos con enlaces covalentes, cuya unidad estructural es el tetraedro [SiN₄]₄. En la figura siguiente se observan las posiciones específicas de los átomos de nitrógeno y silicio: el silicio se ubica en el centro del tetraedro, y los átomos de nitrógeno ocupan los cuatro vértices. Cada tres tetraedros comparten un átomo, extendiéndose así de forma continua en el espacio tridimensional. Finalmente, se forma una estructura reticular. Muchas de las propiedades del nitruro de silicio están relacionadas con esta estructura tetraédrica.
Existen tres estructuras cristalinas de nitruro de silicio: las fases α, β y γ, siendo las fases α y β las más comunes. Debido a la fuerte unión de los átomos de nitrógeno, el nitruro de silicio posee una alta resistencia, dureza y resistencia a altas temperaturas, alcanzando una dureza de HRA91~93. Presenta una buena rigidez térmica, soportando temperaturas de hasta 1300~1400℃. Su baja reactividad química con elementos de carbono y metales resulta en un bajo coeficiente de fricción. Es autolubricante y, por lo tanto, resistente al desgaste. Su resistencia a la corrosión es alta, no reacciona con otros ácidos inorgánicos, excepto con el ácido fluorhídrico, y también presenta resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Además, posee una buena resistencia al choque térmico, evitando su desintegración tras un enfriamiento brusco en el aire seguido de un calentamiento repentino. La fluencia de la cerámica de nitruro de silicio disminuye a altas temperaturas, y la deformación plástica lenta es mínima bajo la acción de altas temperaturas y cargas fijas.
Además, las cerámicas de nitruro de silicio también poseen alta resistencia específica, alto modo específico, alta conductividad térmica, excelentes propiedades eléctricas y otras ventajas, por lo que tienen un valor de aplicación especial en entornos extremos como altas temperaturas, altas velocidades y medios altamente corrosivos, y se consideran uno de los materiales cerámicos estructurales más prometedores para el desarrollo y la aplicación, y a menudo se convierten en la primera opción en muchas aplicaciones que necesitan ser probadas.
Fecha de publicación: 15 de agosto de 2023