Quatro áreas principais de aplicação das cerâmicas de nitreto de silício

Setor Mecânico

Na indústria mecânica, as cerâmicas de nitreto de silício são utilizadas principalmente em válvulas, tubos, rodas classificadoras e ferramentas de corte. A aplicação mais comum é em esferas de rolamento de cerâmica de nitreto de silício. As cerâmicas de nitreto de silício são amplamente reconhecidas como o melhor material para rolamentos, e o componente mais crítico nestes rolamentos — as esferas de rolamento de cerâmica de nitreto de silício — são os verdadeiros “heróis desconhecidos” que sustentam o desempenho dos equipamentos. Estas pequenas esferas de cerâmica, com diâmetros que variam entre alguns milímetros e dezenas de milímetros, podem parecer insignificantes, mas, com as suas propriedades de leveza, dureza, estabilidade e isolamento, desempenham um papel fundamental em veículos de nova energia, patins, brocas dentárias e até mesmo em bicicletas de gama alta.

Setor Aeroespacial

Os materiais cerâmicos de nitreto de silício apresentam vantagens como a elevada resistência, resistência a altas temperaturas e boa estabilidade química, cumprindo os rigorosos requisitos para os materiais do setor aeroespacial. As cerâmicas de nitreto de silício têm duas aplicações clássicas na área aeroespacial: em primeiro lugar, o nitreto de silício é considerado um dos poucos materiais cerâmicos monolíticos capazes de suportar o severo choque térmico e os gradientes térmicos gerados pelos motores de foguete de hidrogénio/oxigénio, sendo utilizado em bocais de motores de foguete; em segundo lugar, as excelentes propriedades das cerâmicas de nitreto de silício e dos seus compósitos, tais como a resistência ao calor, a transmissão de ondas e a capacidade de suportar cargas, fazem delas um dos materiais de transmissão de ondas de alto desempenho da nova geração em fase de investigação.

Campo de Semicondutores

À medida que os dispositivos eletrónicos evoluem para a miniaturização e o elevado desempenho, a embalagem de semicondutores exige materiais de dissipação de calor mais robustos. As cerâmicas de nitreto de silício possuem uma condutividade térmica até 90-120 W/(m·K) e um elevado grau de compatibilidade com o coeficiente de expansão térmica dos cristais de SiC, substratos semicondutores de terceira geração, tornando-as o material preferido para substratos de embalagem de dispositivos de potência de SiC. Internacionalmente, empresas japonesas como a Toshiba e a Kyocera dominam o mercado, enquanto empresas nacionais como a Sinoma Advanced Materials alcançaram avanços tecnológicos.

Para além de ser um material de embalagem fundamental, a cerâmica de nitreto de silício apresenta amplas perspetivas de aplicação em equipamentos de fabrico de semicondutores. No processo de processamento de wafers, a cerâmica de nitreto de silício pode ser utilizada para fabricar elementos de aquecimento resistentes a altas temperaturas e choques térmicos, atendendo às rigorosas condições de funcionamento de equipamentos como CVD (deposição química de vapor) e fornos de difusão.

Área Biomédica

Como material biocerâmico emergente, o nitreto de silício apresenta um grande potencial de aplicação em implantes médicos devido às suas excelentes propriedades mecânicas e biocompatibilidade. Especificamente, o nitreto de silício tem sido utilizado como biomaterial ortopédico e aplicado com sucesso em componentes de rolamentos de próteses da anca e do joelho para melhorar a resistência ao desgaste e prolongar a vida útil das próteses. Além disso, os materiais de nitreto de silício têm sido utilizados para promover a fusão óssea em cirurgias da coluna vertebral. Os materiais cerâmicos de nitreto de silício demonstram uma excelente estabilidade e fiabilidade na área médica. O nitreto de silício apresenta também uma forte adesão celular e osteocondutividade, fornecendo uma importante base biológica para a sua aplicação na reparação óssea. No entanto, a fragilidade inerente das cerâmicas de nitreto de silício continua a ser um grande desafio para a sua aplicação na engenharia de reparação óssea. Além disso, os materiais de nitreto de silício são difíceis de degradar in vivo, o que dificulta o crescimento de novo tecido ósseo no local da reparação e a sua completa substituição do material de reparação original, limitando, assim, o alcance das suas aplicações clínicas.