Os 8 principais pós cerâmicos em alta tecnologia

As cerâmicas avançadas são conhecidas por suas excepcionais propriedades mecânicas, acústicas, ópticas, térmicas, elétricas e biocompatíveis, tornando-as indispensáveis em indústrias de alta tecnologia, como aeroespacial, eletrônica, biomedicina e fabricação de equipamentos de ponta. Essas cerâmicas vêm em várias formas, cada uma com características únicas. Por exemplo, as cerâmicas de alumina são conhecidas por sua resistência à oxidação, as cerâmicas de nitreto de silício por sua alta resistência e resistência à corrosão elétrica e as cerâmicas de zircônia por sua tenacidade e biocompatibilidade.

1. Alumina de alta pureza (HPA)

A alumina de alta pureza (4N e acima) possui alta pureza, dureza, resistência e resistência à temperatura. Sua estabilidade química superior e isolamento o tornam um material de alta qualidade com amplas aplicações. Como um produto representativo de alumina de alto desempenho, o HPA é amplamente utilizado em áreas como materiais fluorescentes, cerâmicas transparentes, dispositivos eletrônicos, energia renovável, materiais catalíticos e componentes aeroespaciais.

Notavelmente, os materiais cerâmicos transparentes de alumina de alta pureza não apenas oferecem excelente transmissão de luz, mas também superam as cerâmicas opacas em propriedades mecânicas, ópticas, térmicas e elétricas. Os substratos cerâmicos de alumina são os materiais de base mais comumente usados na indústria eletrônica contemporânea, servindo como material fundamental para chips de circuitos integrados. Além disso, a HPA encontra aplicações de ponta em componentes de precisão para equipamentos semicondutores, onde seus requisitos de desempenho são significativamente mais rigorosos do que os da cerâmica fina em geral.

Na indústria de polimento de semicondutores, o papel da alumina de alta pureza como abrasivo é particularmente crucial, especialmente com o surgimento dos semicondutores de carboneto de silício (SiC). A alumina ultrafina de alta pureza tornou-se cada vez mais importante para o polimento de semicondutores.

2. Boemita

Boemita, uma alumina hidratada com a fórmula química γ-Al2O3· H2O ou γ-AlOOH, é um material vital devido à sua alta área superficial específica, grande porosidade e capacidade de manter sua morfologia pós-transição de fase.

Suas propriedades únicas o tornam uma matéria-prima essencial para a fabricação de adsorventes rápidos, eficientes e reutilizáveis. Com notável biocompatibilidade, a boemita é amplamente utilizada em ortopedia, odontologia e biomedicina. Seu retardamento de chama, excelente capacidade de enchimento e resistência a vazamentos o tornam uma escolha popular para laminados revestidos de cobre ultrafinos e de alto desempenho. Além disso, boehmite' A estrutura ortorrômbica estável e os grupos hidroxila de superfície permitem várias modificações de superfície, tornando-se uma matéria-prima valiosa para a produção de catalisadores e reagentes suportados caros.

3. Nitreto de alumínio (AlN)

À medida que os chips eletrônicos continuam a se tornar mais avançados e compactos, a densidade do fluxo de calor gerada durante a operação aumentou significativamente. Assim, a seleção de materiais de embalagem apropriados e a melhoria dos recursos de dissipação de calor do dispositivo tornaram-se gargalos técnicos no desenvolvimento de dispositivos de energia. Os materiais cerâmicos, com sua alta condutividade térmica, excelente resistência ao calor, alto isolamento, resistência e compatibilidade com materiais de chip, são ideais para substratos de embalagem de dispositivos de energia.

Entre estes, o nitreto de alumínio (AlN) é o material cerâmico com melhor condutividade térmica, com uma condutividade térmica teórica de até 320W/(m·K) e produtos comerciais tipicamente variando de 180W/(m·K) a 260W/(m·K). Isso o torna adequado para materiais de substrato de embalagem de chips de alta potência, alto teor de chumbo e tamanho grande. Além da alta condutividade térmica, o AlN possui várias outras características marcantes:

• Um coeficiente de expansão térmica (4,3×10-6/°C) que corresponde aos materiais de silício semicondutores ((3,5~4,0)×10-6/°C).

• Propriedades mecânicas superiores, superiores às cerâmicas BeO e comparáveis à alumina.

• Excelentes propriedades elétricas, incluindo resistência de isolamento extremamente alta e baixa perda dielétrica.

• A capacidade de suportar fiação multicamadas, permitindo embalagens de alta densidade e miniaturizadas.

• Não tóxico e ecologicamente correto.

4. Nitreto de silício (Si3N4)

O nitreto de silício é usado principalmente como material cerâmico e é um componente crítico em tecnologias industriais avançadas. Entre seus produtos, as esferas de rolamento são as mais utilizadas, respondendo por 30% da produção global de produtos de nitreto de silício de alto desempenho. Em comparação com as esferas de aço, as esferas de rolamento de cerâmica de nitreto de silício oferecem vantagens significativas: baixa densidade, resistência a altas temperaturas, autolubrificação, resistência à corrosão e um modo de falha por fadiga semelhante às esferas de aço. Portanto, as esferas de rolamento de cerâmica de nitreto de silício são amplamente utilizadas em rolamentos de máquinas-ferramenta de precisão, rolamentos automotivos, rolamentos de isolamento de turbinas eólicas e rolamentos de alta temperatura e resistentes à corrosão na indústria petroquímica.

5. Alumina esférica

Entre vários materiais em pó termicamente condutores, a alumina esférica se destaca devido à sua excelente condutividade térmica, alto coeficiente de enchimento, boa fluidez, tecnologia madura, ampla gama de especificações e preço relativamente razoável. Essas qualidades o tornam o pó termicamente condutor mais popular no setor de condutividade térmica de alta qualidade.

Além disso, a forma esférica do pó, com sua morfologia regular, maior densidade de embalagem e fluidez superior, melhora significativamente o desempenho do produto. Portanto, o pó esférico de Al2O3 é amplamente utilizado e estudado não apenas em aplicações de condutividade térmica, mas também em cerâmicas, transportadores de catalisadores e muito mais.

6. Titanato de bário (BaTiO3)

O titanato de bário (BaTiO3), com sua estrutura de perovskita do tipo ABO3, tem sido um material dielétrico crucial para capacitores desde que suas propriedades dielétricas excepcionais foram descobertas no início do século 20. Atualmente é um dos pós cerâmicos eletrônicos mais utilizados e serve como material de base para a fabricação de componentes eletrônicos, ganhando o título de "pilar da indústria de cerâmica eletrônica".

7. Zircônia Nano Composta

A zircônia nano composta, estabilizada com estabilizadores, retém sua fase tetragonal ou cúbica à temperatura ambiente. Esses estabilizadores são tipicamente óxidos de terras raras (Y2O3, CeO2) ou óxidos metálicos alcalino-terrosos (CaO, MgO).

Com os avanços da ciência e da tecnologia, a demanda por materiais e componentes que atendam a requisitos funcionais específicos aumentou. A zircônia nano composta, conhecida por sua alta tenacidade, resistência à temperatura, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e propriedades ópticas exclusivas, teve um rápido crescimento na demanda. A zircônia estabilizada com ítria é a zircônia nano composta mais amplamente utilizada e representativa. Suas vantagens incluem alta condutividade de íons de oxigênio, excelentes propriedades mecânicas, resistência à oxidação e corrosão, alto coeficiente de expansão térmica, baixa condutividade térmica e boa estabilidade, tornando-o amplamente utilizado em materiais estruturais e funcionais, como sensores de oxigênio, bombas de oxigênio, células de combustível sólido de alta temperatura, cerâmica ferroelétrica e revestimentos de motores de aeronaves.

8. Carboneto de silício de alta pureza (SiC)

Os materiais de carboneto de silício são divididos principalmente em tipos cerâmicos e monocristalinos. Como um material cerâmico, os requisitos de pureza geralmente não são rigorosos na maioria das aplicações. No entanto, em ambientes específicos, como em equipamentos semicondutores, como máquinas de litografia, a pureza do SiC precisa ser estritamente controlada para evitar afetar a pureza dos wafers de silício.

No entanto, as propriedades inerentes do SiC tornam o crescimento de um único cristal desafiador, principalmente porque nenhuma fase líquida estequiométrica com um Si

1:1 existe sob pressão normal. Portanto, os métodos tradicionais de crescimento comumente usados na indústria de semicondutores, como os métodos Czochralski ou Bridgman, não podem ser aplicados. Para superar esse desafio, os cientistas propuseram vários métodos para obter cristais de SiC de alta qualidade, tamanho grande e custo-benefício. Os métodos mais populares incluem Transporte Físico de Vapor (PVT), Epitaxia em Fase Líquida (LPE) e Deposição de Vapor Químico em Alta Temperatura (HTCVD).