Le ceramiche avanzate eccellono in molte proprietà. Hanno qualità meccaniche, acustiche, ottiche, termiche, elettriche e biologiche. Sono utilizzate in settori tecnologici di fascia alta come l'aerospaziale, l'elettronica e la biomedicina. Sono utilizzate anche nella produzione avanzata. Esistono molti tipi di ceramiche avanzate. Ogni tipo ha le sue caratteristiche. Ad esempio, le ceramiche di allumina resistono all'ossidazione. Le ceramiche di nitruro di silicio sono forti e resistono alla corrosione elettrica. Le ceramiche di ossido di zirconio sono tenaci e biocompatibili.
Allumina ad alta purezza
L'allumina ad alta purezza (4N e oltre) ha molti vantaggi. È molto pura, dura e forte. Resiste alle alte temperature e all'usura. Ha anche un buon isolamento ed è stabile chimico proprietà. Il suo restringimento ad alta temperatura è moderato. Ha buone prestazioni di sinterizzazione. Le sue proprietà sono migliori di quelle della normale polvere di allumina. Sono ottiche, elettriche, magnetiche, termiche e meccaniche. È un materiale di alta qualità e di alto valore. Ha un ampio utilizzo nell'industria chimica moderna. L'allumina ad alta purezza è un prodotto di allumina ad alte prestazioni. È ampiamente utilizzato nelle industrie high-tech. Tra queste rientrano materiali fluorescenti, ceramiche trasparenti, dispositivi elettronici, nuova energia, materiali catalitici e aerospaziale.
Le ceramiche trasparenti di allumina ad alta purezza hanno una buona trasmissione della luce. Inoltre, superano le ceramiche opache in termini di proprietà meccaniche, ottiche, termiche ed elettriche. I substrati ceramici di allumina sono i più utilizzati nell'elettronica odierna. Sono i materiali di base per i chip dei circuiti integrati. L'allumina ad alta purezza, utilizzata nei substrati ceramici, ha utilizzi di fascia alta. Questi includono componenti di precisione per apparecchiature a semiconduttore. Tali ceramiche hanno requisiti di prestazioni più rigorosi rispetto alle ceramiche fini generiche.
La parte abrasiva del liquido lucidante è fondamentale. L'allumina ad alta purezza è ideale per questo. Con l'ascesa dell'industria dei semiconduttori in carburo di silicio, ora dobbiamo usare l'allumina ultrafine ad alta purezza per la lucidatura dei semiconduttori.
Pietra Bomu
La boemite contiene un cristallo d'acqua. La sua formula è γ-Al2O3·H2O o γ-AlOOH. È un tipo di idrato di allumina.
La sua elevata area superficiale e la grande porosità lo rendono una materia prima fondamentale per adsorbenti rapidi, efficienti e riutilizzabili. Mantiene la sua forma dopo un cambiamento di fase. La sua biocompatibilità lo rende utile in ortopedia e odontoiatria. Brilla in biomedicina. La sua esclusiva resistenza alla fiamma, il buon riempimento e la resistenza alle perdite lo rendono ampiamente utilizzato in laminati rivestiti in rame ultrasottili ad alte prestazioni. La sua stabile struttura rombica e i gruppi idrossilici ad alta densità sulla superficie consentono la modifica da parte di vari gruppi funzionali. È una materia prima per realizzare costosi catalizzatori e reagenti supportati.
Nitruro di alluminio
Poiché i chip elettronici diventano più veloci e più piccoli, la loro emissione di calore è aumentata vertiginosamente. Quindi, il packaging giusto e una migliore dissipazione del calore sono ora dei colli di bottiglia nello sviluppo di dispositivi di potenza. I materiali ceramici hanno un'elevata conduttività termica e resistenza al calore. Hanno anche un'elevata resistenza e isolamento. Corrispondono alle proprietà termiche dei materiali dei chip. Quindi, sono ideali per i substrati di confezionamento dei dispositivi di potenza.
Tra questi, il nitruro di alluminio è il materiale ceramico con la migliore conduttività termica. La sua conduttività termica teorica può raggiungere i 320 W/(m·K). I prodotti commerciali hanno una conduttività termica da 180 W a 260 W/(m·K). Ciò lo rende adatto per substrati di confezionamento di chip ad alta potenza, ad alto contenuto di piombo e di grandi dimensioni. Oltre all'elevata conduttività termica, le sue eccellenti proprietà includono anche:
(1) Il coefficiente di dilatazione termica (4,3×10-6/℃) corrisponde a quello dei materiali semiconduttori in silicio ((3,5~4,0)×10-6/℃);
(2) Buone proprietà meccaniche, superiori a quelle della ceramica BeO e vicine a quelle dell'allumina;
(3) Eccellenti proprietà elettriche, con resistenza di isolamento estremamente elevata e bassa perdita dielettrica;
(4) È possibile realizzare cablaggi multistrato per ottenere un'elevata densità e miniaturizzazione del packaging;
(5) Non tossico e rispettoso dell'ambiente.
Nitruro di silicio
Il nitruro di silicio è attualmente utilizzato principalmente come materiale ceramico. Le ceramiche di nitruro di silicio sono vitali nell'industria, specialmente nei settori dell'alta tecnologia. Ad esempio:
Tra queste, le sfere per cuscinetti sono i prodotti ceramici in nitruro di silicio più utilizzati. La loro produzione annuale è pari a 30% dei prodotti in nitruro di silicio ad alte prestazioni al mondo. Le sfere per cuscinetti in ceramica in nitruro di silicio sono migliori delle sfere in acciaio. Sono più leggere, possono resistere ad alte temperature, sono autolubrificanti e resistono alla corrosione. La loro modalità di rottura per fatica è la stessa delle sfere in acciaio. Pertanto, le sfere per cuscinetti in ceramica in nitruro di silicio hanno molti utilizzi. Sono presenti nei cuscinetti di precisione per macchine utensili, automobili e turbine eoliche. Sono presenti anche nei cuscinetti petrolchimici resistenti alla corrosione e alle alte temperature.
Allumina sferica
Tra le numerose polveri termoconduttive, l'allumina sferica è la più popolare negli usi di fascia alta. La sua elevata conduttività termica, l'elevato fattore di riempimento, il buon flusso e il basso costo la rendono ideale. Ha un processo di produzione maturo e molte specifiche.
Inoltre, le polveri sferiche possono migliorare notevolmente i prodotti. La loro forma regolare, l'alta densità e il buon flusso sono fondamentali. Le polveri sferiche di Al2O3 hanno conduttività termica. Sono anche utilizzate in ceramiche e portacatalizzatori. Sono ampiamente studiate in quei campi.
Titanato di bario
Il titanato di bario (BaTiO3) è una struttura perovskite di tipo ABO3. Dal XX secolo, le ceramiche di titanato di bario hanno eccellenti proprietà dielettriche. Quindi, vengono utilizzate come materiale dielettrico per condensatori. È una polvere di ceramica elettronica ampiamente utilizzata. È anche il materiale della matrice per la fabbricazione di componenti elettronici. Pertanto, è chiamato il "pilastro dell'industria della ceramica elettronica".
Ossido di zirconio nanocomposito
La zirconia nanocomposita è un tipo di zirconia. Uno stabilizzatore può farla mantenere una fase tetragonale o cubica a temperatura ambiente. Gli stabilizzatori sono principalmente ossidi di terre rare e ossidi di metalli alcalino-terrosi. I primi includono Y2O3 e CeO2. I secondi sono CaO e MgO.
Con l'avanzare della scienza e della tecnologia, stanno emergendo nuovi strumenti e attrezzature per uso speciale. Devono soddisfare elevate richieste di materiali e funzioni dei componenti. C'è una domanda in rapida crescita di materiali in zirconia nanocomposita. I loro prodotti sono resistenti, resistenti al calore, all'usura, alla corrosione e otticamente speciali. La zirconia stabilizzata con ittrio è la zirconia nanocomposita più ampiamente utilizzata e più rappresentativa.
Ha un'elevata conduttività di ioni ossigeno e buone proprietà meccaniche. Resiste all'ossidazione e alla corrosione. Ha un elevato coefficiente di dilatazione termica e una bassa conduttività termica. È stabile e resistente all'ossidazione.
È ampiamente utilizzato nei materiali strutturali e funzionali. Sono: sensori di ossigeno, pompe, celle a combustibile solido, ceramiche ferroelettriche e rivestimenti per motori di aeromobili.
Carburo di silicio ad alta purezza
I materiali in carburo di silicio rientrano in due categorie: ceramiche e monocristalli. Come materiale ceramico, la sua purezza non è molto importante nelle applicazioni generali. Ma deve essere elevata in casi speciali. Ad esempio, è utilizzato come componente di precisione in apparecchiature a semiconduttore, come le macchine litografiche. Questo per evitare di influenzare la purezza dei wafer di silicio.
Tuttavia, le proprietà del SiC rendono difficile la crescita di monocristalli. Ciò è dovuto principalmente al fatto che, a pressione normale, non esiste una fase liquida con un rapporto Si:C di 1:1. I metodi maturi dell'industria dei semiconduttori tradizionali non riescono a farlo crescere. Questi metodi includono i metodi di trazione diretta e crogiolo cadente. Per risolvere questo problema, gli scienziati hanno lavorato duramente per trovare modi per realizzare cristalli di SiC di alta qualità, grandi ed economici. I metodi più popolari sono PVT, il metodo della fase liquida e la deposizione chimica in fase di vapore ad alta temperatura.