Cuatro áreas de aplicación principales de las cerámicas de nitruro de silicio.
Campo de la mecánica
Las cerámicas de nitruro de silicio se utilizan principalmente como válvulas, tuberías, ruedas de clasificación y herramientas de corte cerámicas en la industria mecánica. La aplicación más extendida son las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio. Estas cerámicas son ampliamente reconocidas como el mejor material para rodamientos, y las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio, el componente más crítico de los rodamientos, son los verdaderos «héroes anónimos» que garantizan el rendimiento de los equipos. Estas pequeñas bolas de cerámica, con diámetros que van desde unos pocos milímetros hasta decenas de milímetros, pueden parecer insignificantes, pero gracias a sus propiedades de «ligereza, dureza, estabilidad y aislamiento», desempeñan un papel fundamental en vehículos de nueva energía, patines, taladros dentales e incluso bicicletas de alta gama.
Campo aeroespacial
Los materiales cerámicos de nitruro de silicio presentan ventajas como alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y buena estabilidad química, lo que les permite cumplir con los estrictos requisitos de los materiales en el sector aeroespacial. Las cerámicas de nitruro de silicio tienen dos aplicaciones clásicas en este campo: en primer lugar, el nitruro de silicio se considera uno de los pocos materiales cerámicos monolíticos capaces de soportar el severo choque térmico y los gradientes térmicos generados por los motores de cohete de hidrógeno/oxígeno, y se utiliza en las toberas de estos motores; en segundo lugar, las excelentes propiedades de las cerámicas de nitruro de silicio y sus compuestos, como la resistencia al calor, la transmisión de ondas y la capacidad de carga, las convierten en uno de los materiales de transmisión de ondas de alto rendimiento de nueva generación que se están investigando.
Campo de los semiconductores
A medida que los dispositivos electrónicos evolucionan hacia la miniaturización y el alto rendimiento, el encapsulado de semiconductores exige materiales de disipación de calor con mayores prestaciones. Las cerámicas de nitruro de silicio tienen una conductividad térmica de hasta 90-120 W/(m·K) y una alta compatibilidad con el coeficiente de expansión térmica de los cristales de SiC, sustrato de los semiconductores de tercera generación, lo que las convierte en el material preferido para los sustratos de encapsulado de dispositivos de potencia de SiC. A nivel internacional, empresas japonesas como Toshiba y Kyocera dominan el mercado, mientras que empresas nacionales como Sinoma Advanced Materials han logrado avances tecnológicos significativos.
Además de ser un material clave para el encapsulado, las cerámicas de nitruro de silicio presentan amplias perspectivas de aplicación en equipos de fabricación de semiconductores. En el proceso de procesamiento de obleas, las cerámicas de nitruro de silicio se pueden utilizar para fabricar elementos calefactores resistentes a altas temperaturas y al choque térmico, cumpliendo con las estrictas condiciones de funcionamiento de equipos como los hornos de CVD (deposición química de vapor) y los hornos de difusión. Campo biomédico
Como material biocerámico emergente, el nitruro de silicio presenta un gran potencial de aplicación en implantes médicos debido a sus excelentes propiedades mecánicas y biocompatibilidad. En concreto, el nitruro de silicio se ha utilizado como biomaterial ortopédico y se ha aplicado con éxito en componentes de prótesis de cadera y rodilla para mejorar la resistencia al desgaste y prolongar la vida útil de las prótesis. Además, los materiales de nitruro de silicio se han utilizado para promover la fusión ósea en cirugía de columna vertebral. Los materiales cerámicos de nitruro de silicio demuestran una excelente estabilidad y fiabilidad en el campo médico. El nitruro de silicio también presenta una fuerte adhesión celular y osteoconductividad, lo que proporciona una base biológica importante para su aplicación en la reparación ósea. Sin embargo, la fragilidad inherente de las cerámicas de nitruro de silicio sigue siendo un desafío importante para su aplicación en la ingeniería de reparación ósea. Además, los materiales de nitruro de silicio son difíciles de degradar in vivo, lo que dificulta el crecimiento de nuevo tejido óseo en el sitio de reparación y su reemplazo completo del material de reparación original, limitando así el alcance de sus aplicaciones clínicas.