تتميز السيراميك المتقدمة بالعديد من الخصائص. فهي تتمتع بخصائص ميكانيكية وصوتية وبصرية وحرارية وكهربائية وبيولوجية. وتُستخدم في مجالات التكنولوجيا المتطورة مثل الفضاء والإلكترونيات والطب الحيوي. كما تُستخدم أيضًا في التصنيع المتقدم. هناك العديد من أنواع السيراميك المتقدمة. ولكل نوع سماته الخاصة. على سبيل المثال، تقاوم سيراميك الألومينا الأكسدة. وتتمتع سيراميك نتريد السيليكون بالقوة ومقاومة التآكل الكهربائي. أما سيراميك أكسيد الزركونيوم فهو متين ومتوافق بيولوجيًا.
أكسيد الألومنيوم عالي النقاء
تتمتع الألومينا عالية النقاء (4N وما فوق) بالعديد من المزايا. فهي نقية للغاية وصلبة وقوية. وتقاوم درجات الحرارة العالية والتآكل. كما تتمتع بعزل جيد وثبات. المواد الكيميائية الخواص: انكماشه عند درجات الحرارة العالية معتدل. يتمتع بأداء جيد في التلبيد. خصائصه أفضل من خصائص مسحوق الألومينا العادي. فهي بصرية وكهربائية ومغناطيسية وحرارية وميكانيكية. إنه مادة عالية القيمة. له استخدام واسع في الصناعة الكيميائية الحديثة. الألومينا عالية النقاء هي منتج ألومينا عالي الأداء. يستخدم على نطاق واسع في الصناعات عالية التقنية. وتشمل هذه المواد الفلورية والسيراميك الشفاف والأجهزة الإلكترونية والطاقة الجديدة والمواد الحفازة والفضاء الجوي.
تتمتع السيراميك الشفافة المصنوعة من الألومينا عالية النقاء بنفاذية جيدة للضوء. كما أنها تتفوق على السيراميك غير الشفاف في الخواص الميكانيكية والبصرية والحرارية والكهربائية. وتُعَد ركائز السيراميك المصنوعة من الألومينا الأكثر استخدامًا في الإلكترونيات اليوم. وهي المواد الأساسية لشرائح الدوائر المتكاملة. وتستخدم الألومينا عالية النقاء في الركائز السيراميكية في الاستخدامات الراقية. وتشمل هذه الاستخدامات المكونات الدقيقة لمعدات أشباه الموصلات. وتتطلب هذه السيراميكيات متطلبات أداء أكثر صرامة من السيراميك الدقيق العام.
إن الجزء الكاشط من سائل التلميع أمر بالغ الأهمية. وتعد الألومينا عالية النقاء مثالية لذلك. ومع صعود صناعة أشباه الموصلات المصنوعة من كربيد السيليكون، يتعين علينا الآن استخدام الألومينا فائقة النقاء لتلميع أشباه الموصلات.
حجر بومو
يحتوي البوهميت على بلورة واحدة من الماء، وصيغته هي γ-Al2O3·H2O أو γ-AlOOH. وهو نوع من هيدرات الألومينا.
إن مساحته السطحية العالية ومساميته الكبيرة تجعله مادة خام أساسية للمواد الماصة السريعة والفعّالة والقابلة لإعادة الاستخدام. كما أنه يحتفظ بشكله بعد تغيير الطور. كما أن توافقه الحيوي يجعله مفيدًا في جراحة العظام وطب الأسنان. كما أنه يتألق في الطب الحيوي. كما أن قدرته الفريدة على مقاومة اللهب والحشو الجيد ومقاومة التسرب تجعله يستخدم على نطاق واسع في الصفائح النحاسية الرقيقة للغاية وعالية الأداء. كما أن بنيته المعينية المستقرة ومجموعات الهيدروكسيل عالية الكثافة على السطح تسمح بالتعديل بواسطة مجموعات وظيفية مختلفة. وهو مادة خام لصنع المحفزات والكواشف المدعومة باهظة الثمن.
نتريد الألومنيوم
مع تزايد سرعة الرقائق الإلكترونية وصغر حجمها، ارتفعت قدرتها الحرارية بشكل كبير. لذا، أصبحت عملية التغليف المناسبة وتبديد الحرارة بشكل أفضل تشكل عقبة أمام تطوير أجهزة الطاقة. تتمتع المواد الخزفية بموصلية حرارية عالية ومقاومة للحرارة. كما تتمتع بقوة عالية وعزل. وهي تتطابق مع الخصائص الحرارية لمواد الرقائق. لذا، فهي مثالية لركائز تغليف أجهزة الطاقة.
من بينها، يعتبر نترات الألومنيوم المادة الخزفية ذات أفضل موصلية حرارية. يمكن أن تصل موصليتها الحرارية النظرية إلى 320 واط/(م·ك). تتمتع المنتجات التجارية بموصلية حرارية تتراوح من 180 واط إلى 260 واط/(م·ك). هذا يجعلها مناسبة لركائز تغليف الرقائق عالية الطاقة وعالية الرصاص وكبيرة الحجم. بالإضافة إلى الموصلية الحرارية العالية، تشمل خصائصها الممتازة أيضًا:
(1) معامل التمدد الحراري (4.3×10-6/℃) يتطابق مع معامل مواد السيليكون شبه الموصل ((3.5~4.0)×10-6/℃)؛
(2) خصائص ميكانيكية جيدة، أعلى من سيراميك BeO وقريبة من الألومينا؛
(3) خصائص كهربائية ممتازة، مع مقاومة عزل عالية للغاية وخسارة عازلة منخفضة؛
(4) يمكن إجراء توصيلات متعددة الطبقات لتحقيق كثافة عالية وصغر حجم التغليف؛
(5) غير سامة وصديقة للبيئة.
نتريد السيليكون
يُستخدم نيتريد السيليكون حاليًا بشكل أساسي كمادة سيراميكية. وتُعد سيراميك نيتريد السيليكون حيوية في الصناعة، وخاصة في المجالات التكنولوجية العالية. على سبيل المثال:
من بينها، تعد كرات المحامل من أكثر منتجات سيراميك نيتريد السيليكون استخدامًا. يبلغ إنتاجها السنوي 30% من منتجات نيتريد السيليكون عالية الأداء في العالم. كرات المحامل السيراميكية من نيتريد السيليكون أفضل من الكرات الفولاذية. فهي أخف وزنًا، ويمكنها تحمل درجات الحرارة العالية، وتزييتها ذاتية، ومقاومة للتآكل. وضع فشل التعب الخاص بها هو نفسه وضع الكرات الفولاذية. وبالتالي، فإن كرات المحامل السيراميكية من نيتريد السيليكون لها العديد من الاستخدامات. فهي تستخدم في المحامل الدقيقة لأدوات الآلات والسيارات وطواحين الهواء. كما أنها تستخدم في المحامل البتروكيماوية المقاومة لدرجات الحرارة العالية والتآكل.
الألومينا الكروية
من بين العديد من المساحيق الموصلة للحرارة، تعد الألومينا الكروية الأكثر شيوعًا في الاستخدامات الراقية. إن موصليتها الحرارية العالية وعامل التعبئة العالي والتدفق الجيد والتكلفة المنخفضة تجعلها مثالية. تتمتع بعملية إنتاج ناضجة والعديد من المواصفات.
كما يمكن للمساحيق الكروية أن تحسن المنتجات بشكل كبير. شكلها المنتظم وكثافتها العالية وتدفقها الجيد هي المفتاح. تتمتع مساحيق Al2O3 الكروية بموصلية حرارية. كما تُستخدم أيضًا في السيراميك وحاملات المحفزات. يتم دراستها على نطاق واسع في تلك المجالات.
تيتانات الباريوم
تيتانات الباريوم (BaTiO3) هو هيكل بيروفسكايت من نوع ABO3. منذ القرن العشرين، تتمتع سيراميك تيتانات الباريوم بخواص عازلة ممتازة. لذلك، يتم استخدامها كمادة عازلة للمكثفات. إنه مسحوق سيراميك إلكتروني يستخدم على نطاق واسع. كما أنه مادة مصفوفة لصنع المكونات الإلكترونية. لذلك، يطلق عليه "ركيزة صناعة السيراميك الإلكترونية".
أكسيد الزركونيوم النانوي
الزركونيا النانوية المركبة هي نوع من الزركونيا. يمكن للمثبت أن يحافظ على طور رباعي أو مكعب في درجة حرارة الغرفة. المثبتات هي في الأساس أكاسيد الأتربة النادرة وأكاسيد المعادن القلوية الترابية. تشمل الأولى Y2O3 وCeO2. والأخيرة هي CaO وMgO.
مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، تظهر أدوات ومعدات جديدة للاستخدامات الخاصة. يجب أن تلبي هذه الأدوات والمعدات متطلبات عالية للمواد ووظائف المكونات. هناك طلب متزايد بسرعة على مواد الزركونيا النانوية المركبة. منتجاتها متينة ومقاومة للحرارة ومقاومة للتآكل ومقاومة للتآكل ومتميزة بصريًا. الزركونيا المستقرة باليتريا هي الزركونيا النانوية المركبة الأكثر استخدامًا والأكثر تمثيلاً.
يتميز بموصلية عالية لأيونات الأكسجين وخصائص ميكانيكية جيدة، كما أنه مقاوم للأكسدة والتآكل، كما يتميز بمعامل تمدد حراري مرتفع وموصلية حرارية منخفضة، كما أنه مستقر ومقاوم للأكسدة.
تُستخدم على نطاق واسع في المواد البنيوية والوظيفية، ومن بينها: مستشعرات الأكسجين، والمضخات، وخلايا الوقود الصلبة، والسيراميك الكهروضوئي، وطلاءات محركات الطائرات.
كربيد السيليكون عالي النقاء
تنقسم مواد كربيد السيليكون إلى فئتين: السيراميك والبلورات المفردة. وباعتبارها مادة سيراميكية، فإن نقائها ليس مهمًا جدًا في التطبيقات العامة. ولكن، يجب أن تكون عالية في حالات خاصة. على سبيل المثال، يتم استخدامها كمكون دقيق في معدات أشباه الموصلات، مثل آلات الطباعة الحجرية. وذلك لتجنب التأثير على نقاء رقائق السيليكون.
ومع ذلك، فإن خصائص SiC تجعل من الصعب تكوين بلورات مفردة. ويرجع هذا بشكل أساسي إلى أنه عند الضغط العادي، لا يوجد طور سائل بنسبة Si:C تبلغ 1:1. ولا تستطيع الطرق الناضجة لصناعة أشباه الموصلات السائدة تكوينها. وتشمل هذه الطرق طريقة السحب المباشر وطريقة البوتقة الساقطة. ولحل هذه المشكلة، عمل العلماء بجد لإيجاد طرق لصنع بلورات SiC عالية الجودة وكبيرة ورخيصة. والطرق الأكثر شيوعًا هي PVT وطريقة الطور السائل والترسيب الكيميائي في طور البخار عالي الحرارة.