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French Materiales Cerámicos: Guía de propiedades y aplicaciones
Introducción
Los materiales cerámicos, inorgánicos y no metálicos, se fabrican mediante sinterización a alta temperatura y ofrecen una dureza, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión excepcionales. Estos atributos hacen que la cerámica sea indispensable en todos los sectores, desde el aeroespacial hasta las aplicaciones biomédicas. Este artículo explora las propiedades y aplicaciones clave de los materiales cerámicos, con el apoyo de una tabla detallada, para destacar su versatilidad en entornos industriales.
Propiedades de los materiales cerámicos
Los materiales cerámicos presentan una amplia gama de propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que los hacen adecuados para diversas aplicaciones. A continuación se describen sus principales características:
- Alta dureza: De 2,3 GPa (Macor) a 33 GPa (Carburo de Boro), garantizando la resistencia al desgaste.
- Estabilidad térmica: Temperaturas máximas de funcionamiento de hasta 1750°C (Alúmina 99.95%), ideal para entornos de alto calor.
- Aislamiento eléctrico: Resistividad volumétrica de hasta >10¹⁷ ohm-cm (Macor), adecuada para aplicaciones electrónicas.
- Resistencia mecánica: La resistencia a la flexión oscila entre 94 MPa (Macor) y 1800 MPa (Zirconia 3YZ), soportando funciones estructurales.
- Baja expansión térmica: CET tan bajo como 2,5 × 10-⁶/K (nitruro de silicio), lo que garantiza la estabilidad dimensional.
Tabla detallada de propiedades
La siguiente tabla resume las propiedades clave de varios materiales cerámicos, según datos de la industria.AS
| Material | Densidad (g/cm³) | Resistencia a la flexión (MPa) | Dureza (GPa) | Conductividad térmica (W/mK) | CTE (10-⁶/K) | Temp. máx. (aire) (°C) | Constante dieléctrica | Resistividad volumétrica (ohm-cm) |
| Alúmina 96% | 3.75 | 200-300 | 12 | 25 | 6.3 | 1600 | 9.8 | >10¹⁴ |
| Alúmina 99.7% | 3.95 | 250-350 | 14 | 33 | 6.5 | 1700 | 9.9 | >10¹⁴ |
| Alúmina 99.95% | 3.98 | 500-600 | 18 | 45 | 7.5 | 1750 | 9.9 | >10¹⁶ |
| ZTA | 4.1 | 600 | 16 | 20 | 7 | 1500 | 10 | >10¹⁶ |
| ATZ | 4.18 | 850 | 21.5 | 20 | 7.5 | 1500 | 10 | >10¹⁶ |
| Circonio 3YZ | 5.5 | 1800 | 14 | 6 | 8 | 1200 | 25 | >10¹² |
| Nitruro de aluminio | 3.32 | 350 | 10 | 170 | 4.5 | 1200 | 8.8 | >10¹³ |
| Carburo de silicio | 3.1 | 410 | 28 | 102.6 | 4.02 | 1200 | N/A | 10²-10¹¹ |
| Carburo de boro | 2.52 | 420 | 33 | 20-40 | 90 | 1800 | 5-8 | N/A |
| Nitruro de silicio | 3.2-3.4 | 730 | 15 | 25 | 2.5 | 1200 | 8 | >10¹⁴ |
| Shapal Hi M Suave | 2.88 | 300 | 3.8 | 92 | 4.8 | 1000 | 6.8 | >10¹⁵ |
| Macor | 2.52 | 94 | 2.3 | 1.5 | 9 | 800 | 6 | >10¹⁷ |
| Nitruro de boro | 1.9 | 13-29 | N/A | 21 | N/A | 850 | N/A | >10¹⁴ |
Notas de la tabla
- Propiedades mecánicas: La elevada dureza (por ejemplo, 33 GPa para el carburo de boro) garantiza la durabilidad en aplicaciones abrasivas.
- Propiedades térmicas: La alta conductividad térmica (por ejemplo, 170 W/mK para el nitruro de aluminio) favorece la disipación del calor.
- Propiedades eléctricas: La alta resistividad volumétrica (por ejemplo, >10¹⁷ ohm-cm para Macor) garantiza un aislamiento fiable.
Aplicaciones de los materiales cerámicos
Los materiales cerámicos se utilizan en diversos sectores gracias a sus distintas propiedades. A continuación se describen sus principales aplicaciones:
- Aplicaciones de alta temperatura: El carburo de silicio y el nitruro de boro (hasta 1800°C) se utilizan en revestimientos de hornos y componentes aeroespaciales como los álabes de turbina.
- Aislamiento eléctrico: La alúmina (>10¹⁴ ohm-cm) y el nitruro de aluminio (170 W/mK) son ideales para sustratos electrónicos y disipadores de calor.
- Componentes resistentes al desgaste: El nitruro de silicio (dureza de 15 GPa) y la circonia (resistencia de 1800 MPa) se utilizan en cojinetes y herramientas de corte.
- Aplicaciones biomédicas: El óxido de circonio (resistencia a la fractura de hasta 17 MPa m¹/²) es adecuado para implantes dentales y prótesis articulares.
- Fabricación de semiconductores: Shapal Hi M Soft (92 W/mK) soporta componentes de precisión en equipos semiconductores.
- Creación de prototipos: La maquinabilidad de Macor permite la creación rápida de prototipos de formas complejas.
Conclusión
Los materiales cerámicos ofrecen una dureza, estabilidad térmica y aislamiento eléctrico excepcionales, lo que los hace esenciales para aplicaciones en las industrias aeroespacial, electrónica y biomédica. Sus diversas propiedades garantizan la fiabilidad en entornos exigentes.
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