Cerâmicas especiais referem-se a uma classe de cerâmicas com propriedades mecânicas, físicas ou químicas especiais, cujas matérias-primas utilizadas e a tecnologia de produção necessária são muito diferentes das cerâmicas comuns. De acordo com as características e usos, as cerâmicas especiais podem ser divididas em duas categorias: cerâmicas estruturais e cerâmicas funcionais. Entre elas, as cerâmicas estruturais referem-se às cerâmicas que podem ser utilizadas como materiais estruturais de engenharia, que geralmente apresentam alta resistência, alta dureza, alto módulo de elasticidade, alta resistência à temperatura, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência à oxidação, resistência ao choque térmico e outras características.
Existem muitos tipos de cerâmicas estruturais, cada uma com suas vantagens e desvantagens, e a direção de aplicação dessas vantagens e desvantagens varia. Dentre elas, a "cerâmica de nitreto de silício", devido ao equilíbrio de desempenho em todos os aspectos, é conhecida como a de melhor desempenho geral na família das cerâmicas estruturais, possuindo uma gama extremamente ampla de aplicações.
Vantagens das cerâmicas de nitreto de silício
O nitreto de silício (Si3N4) pode ser dividido em compostos com ligações covalentes, tendo o tetraedro [SiN4]4 como unidade estrutural. As posições específicas dos átomos de nitrogênio e silício podem ser observadas na figura abaixo: o silício está no centro do tetraedro, e as posições dos quatro vértices do tetraedro são ocupadas por átomos de nitrogênio. A cada três tetraedros, um átomo de nitrogênio é compartilhado, estendendo-se continuamente no espaço tridimensional. Finalmente, forma-se uma estrutura em rede. Muitas das propriedades do nitreto de silício estão relacionadas a essa estrutura tetraédrica.
Existem três estruturas cristalinas de nitreto de silício: as fases α, β e γ, sendo as fases α e β as mais comuns. Devido à forte ligação entre os átomos de nitrogênio, o nitreto de silício apresenta alta resistência mecânica, alta dureza e alta resistência a altas temperaturas, podendo atingir dureza HRA 91~93; boa rigidez térmica, suportando temperaturas de 1300~1400 °C; baixa reatividade química com carbono e elementos metálicos, resultando em baixo coeficiente de atrito; é autolubrificante e, portanto, resistente ao desgaste; possui alta resistência à corrosão, não reagindo com outros ácidos inorgânicos além do ácido fluorídrico, e também apresenta resistência à oxidação em altas temperaturas; além disso, possui boa resistência ao choque térmico, não se desintegrando mesmo após resfriamento brusco ao ar e subsequente aquecimento intenso; a fluência da cerâmica de nitreto de silício diminui em altas temperaturas, e a deformação plástica lenta é pequena sob a ação de alta temperatura e carga fixa.
Além disso, as cerâmicas de nitreto de silício também possuem alta resistência específica, alto modo específico, alta condutividade térmica, excelentes propriedades elétricas e outras vantagens, o que lhes confere um valor de aplicação especial em ambientes extremos, como altas temperaturas, altas velocidades e meios fortemente corrosivos, sendo consideradas um dos materiais cerâmicos estruturais mais promissores para desenvolvimento e aplicação, e frequentemente se tornando a primeira escolha em muitas aplicações que precisam ser testadas.
Data da publicação: 15 de agosto de 2023