Si trabajas en sectores como la electrónica, los semiconductores o la industria aeroespacial, seguramente comprendes cómo la eficiencia de la gestión térmica de los equipos influye en el rendimiento de tus productos. Encontrar el material cerámico adecuado puede reducir drásticamente la tasa de fallos y prolongar la vida útil de los equipos. Este artículo presenta diez cerámicas con alta conductividad térmica y proporciona referencias para elegir la más apropiada.
Productos cerámicos elaborados con diferentes materiales.10 materiales cerámicos de alta conductividad térmica
Diamante policristalino (PCD)
Conductividad térmica: 1642–2000 W/m·K
Propiedades: El PCD es uno de los mejores conductores térmicos. Su rendimiento depende del método de preparación utilizado y del nivel de impurezas.
Aplicaciones: El PCD se puede utilizar en aplicaciones donde se requiere una disipación de calor altamente eficaz. Gracias a su excelente conductividad térmica y resistencia al desgaste, se emplea actualmente en la industria moderna para la fabricación de piezas sometidas a un alto desgaste y herramientas de corte. Sus propiedades de alta temperatura y conductividad se aprovechan en la fabricación de componentes que requieren alta temperatura o alta conductividad. La excelente capacidad de disipación de calor del PCD lo convierte en una solución prometedora para la refrigeración de dispositivos electrónicos e instrumentos de precisión.
Óxido de berilio (BeO)
Conductividad térmica: 260–300 W/m·K
Propiedades: La conductividad térmica del BeO es 10 veces mayor que la de la cerámica de alúmina. Además, posee excelentes propiedades aislantes y buena resistencia al choque térmico.
Aplicaciones: Gracias a su alta conductividad térmica y buenas propiedades aislantes, el BeO se utiliza como sustrato de alta conductividad en el encapsulado de dispositivos electrónicos. En el sector aeroespacial, su resistencia al choque térmico se aprovecha en componentes de aeronaves y sistemas de comunicación por satélite. Otras aplicaciones incluyen la energía nuclear, el revestimiento de dispositivos de encendido automotriz y la industria láser para la producción de láseres de alta eficiencia.
El polvo de BeO es altamente tóxico y su conductividad térmica disminuye considerablemente con el aumento de la temperatura. Por consiguiente, sus aplicaciones son bastante limitadas. Se requiere un control estricto de los procesos de uso.
Nitruro de aluminio (AlN)
Conductividad térmica: 170–320 W/m·K
Propiedades: Alta conductividad térmica y excelente aislamiento. El coeficiente de dilatación térmica es compatible con el del silicio.
Aplicaciones: Las principales aplicaciones del nitruro de aluminio (AlN) se encuentran en el encapsulado de componentes electrónicos y semiconductores, incluyendo, entre otros, sustratos de disipación de calor para módulos de alta potencia y soportes electrostáticos. En la industria aeroespacial, su resistencia a altas temperaturas permite su uso en piezas relacionadas con el motor y otros componentes sometidos a temperaturas elevadas. También se utiliza en la industria automotriz de vehículos eléctricos para la fabricación de módulos de disipación de calor. Al ser no tóxico y respetuoso con el medio ambiente, el AlN puede emplearse como material de relleno en interfaces térmicas, superando el problema de toxicidad del óxido de benceno (BeO).
Nitruro de boro hexagonal (h-BN)
Productos de nitruro de boro (tubos) fabricados por NKM.Conductividad térmica: 185–300 W/m·K
Propiedades: Un material versátil con una conductividad térmica excepcional. Además, posee buena resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión química y propiedades aislantes.
Aplicaciones: El h-BN se utiliza ampliamente en industrias que operan a temperaturas muy elevadas y en metalurgia. Su extrema conductividad térmica y sus propiedades aislantes lo hacen idóneo para su uso en sustratos de disipación de calor y materiales aislantes de alta frecuencia en las industrias electrónica y de semiconductores. Su alta resistencia a la temperatura se aprovecha para la producción de lubricantes de alta temperatura y materiales de protección térmica en la industria aeroespacial. En la industria química, se emplea en la fabricación de equipos resistentes a la corrosión.
NKM ofrece productos de nitruro de boro, incluido el nitruro de boro hexagonal. Para obtener más información sobre los productos de nitruro de boro, visite Cerámica de nitruro de boro.
Carburo de silicio (Sic)
Conductividad térmica: 90–270 W/m·K
Propiedades: El carburo de silicio mantiene un buen rendimiento en la disipación de calor a altas temperaturas. La conductividad térmica disminuye al aumentar la temperatura. Es muy duro y resistente al desgaste.
Aplicaciones: El SiC es el mejor material para lograr un equilibrio entre la estabilidad a altas temperaturas y la eficiencia en la disipación del calor. Se utiliza en la fabricación de semiconductores y en el sector fotovoltaico para producir componentes de máquinas de fotolitografía, piezas de procesamiento de obleas y bandejas epitaxiales debido a su excelente estabilidad a altas temperaturas y resistencia a la abrasión. En las industrias de alta temperatura, sirve como mobiliario de hornos, mientras que en los sectores químico y metalúrgico, el SiC se utiliza para fabricar piezas resistentes a la corrosión, componentes resistentes al desgaste y intercambiadores de calor. Además, puede aplicarse en el sector militar para mejorar los sistemas de protección y la calidad de los blindajes antibalas. También podría utilizarse para la fabricación de sustratos de disipación de calor en la electrónica de potencia y de nueva generación.
NKM personalizado para el cliente Casquillo de carburo de silicio DibujosCarcasa: Cerámica de carburo de silicio Crisoles
El crisol de carburo de silicio se utiliza para fundir metales como el aluminio, el cobre y el zinc. Posee una excelente conductividad térmica, lo que permite reducir considerablemente el tiempo de fusión. Esto ahorra energía y mejora la eficiencia. En comparación con el crisol de alúmina, la conductividad térmica del crisol de carburo de silicio es de 3 a 5 veces mayor, lo que garantiza una transferencia de calor más rápida y homogénea.
Nitruro de silicio (Si3N4)
Conductividad térmica: 85–177 W/m·K
Propiedades: Alta conductividad térmica con excelente resistencia al choque térmico. Posee alta resistencia mecánica y una tenacidad a la fractura superior a la de las cerámicas convencionales.
Aplicaciones: El nitruro de silicio se utiliza tanto por sus excelentes propiedades mecánicas como por su capacidad de disipación de calor. En el campo de la maquinaria, se emplea en la producción de cojinetes cerámicos, herramientas de corte y componentes industriales debido a su alta resistencia y durabilidad. En la industria de los semiconductores, el Si3N4 Se utiliza para fabricar sustratos y componentes de procesos debido a su conductividad térmica y estabilidad. Por su biocompatibilidad, el nitruro de silicio también se emplea en el sector biocerámico para la fabricación de implantes médicos.
Caja: Sustrato cerámico de nitruro de silicio
Los sustratos cerámicos de nitruro de silicio se utilizan para la disipación de calor en chips LED de alta potencia. Su bajo coeficiente de expansión térmica coincide con el de los materiales de silicio de los chips, lo que prolonga la vida útil del dispositivo. La sustitución de la alúmina tradicional por sustratos de nitruro de silicio aumenta la eficiencia de la disipación de calor en más de tres veces. Además, el nitruro de silicio soporta ciclos térmicos de alta frecuencia.
Diboruro de titanio (TiB2)
Conductividad térmica: 50–100 W/m·K
Propiedades: Alta dureza, alto punto de fusión y conductividad eléctrica.
Aplicaciones: TiB2 Posee una excelente conductividad eléctrica y resistencia al desgaste. Su principal aplicación es como recubrimiento de cátodo en la industria de la electrólisis del aluminio. Se utiliza en recubrimientos al vacío debido a su conductividad eléctrica y resistencia a altas temperaturas, lo que permite la fabricación de crisoles de evaporación conductores. Asimismo, se emplea en la producción de componentes resistentes al desgaste y a la corrosión. El diboruro de titanio tiene un gran potencial en aplicaciones que requieren tanto conductividad eléctrica como disipación de calor, como los equipos electrolíticos.
Óxido de magnesio (MgO)
Conductividad térmica: 30–60 W/m·K
Propiedades: Altamente aislante, con un alto punto de fusión y muy estable químicamente.
Aplicaciones: Tradicionalmente, el óxido de magnesio (MgO) se utiliza como material auxiliar en diversas industrias, como la siderúrgica, la metalúrgica y la del caucho. Gracias a sus propiedades físicas únicas, el óxido de magnesio a nanoescala tiene una amplia aplicación en campos emergentes, como nuevos materiales de esterilización, materiales absorbentes de radar en defensa, aditivos y nanocéramicas. El óxido de magnesio es especialmente adecuado para entornos industriales de temperatura media o baja que requieren un alto aislamiento y una buena estabilidad química.
Alúmina (Al2O3)
Taller de producción de productos de alúmina de NKMConductividad térmica: 25–37 W/m·K
Propiedades: Cuanto mayor sea la pureza, mayor será la conductividad térmica. Tiene un bajo costo de producción, un proceso de preparación consolidado y es apto para la producción en masa.
Aplicaciones: Las cerámicas de alúmina son los materiales cerámicos básicos de alta conductividad más utilizados y económicos. Se emplean en componentes de dispositivos semiconductores y piezas electrónicas. En maquinaria industrial, se utilizan principalmente como piezas resistentes al desgaste, mientras que en entornos de alta temperatura, se emplean como materiales refractarios y aislantes. En los sectores químico y metalúrgico, la resistencia a la corrosión de la alúmina la hace ideal para la fabricación de equipos anticorrosivos.
Caso: Platos electrostáticos de alúmina
La conductividad térmica de la alúmina de alta pureza 99.8% es de aproximadamente 30 W/(m·K). Los soportes electrostáticos fabricados con este material se utilizan en máquinas de grabado e implantación iónica. Al sujetar la oblea, disipan el calor para mantener la estabilidad de la temperatura. En las máquinas de fotolitografía y los sistemas de transferencia, la conductividad térmica de las piezas de alúmina evita el sobrecalentamiento localizado que puede provocar la deformación de las obleas.
Zirconia (ZrO2)
Conductividad térmica: 2,5–3 W/m·K
Propiedades: Conductividad térmica extremadamente baja. Posee alta tenacidad y resistencia. Su principal ventaja es su excelente biocompatibilidad.
Aplicaciones: Las cerámicas de zirconia se pueden utilizar para aquellas aplicaciones que requieren tanto aislamiento térmico como resistencia estructural. En las cerámicas estructurales, la alta resistencia y tenacidad se utilizan para la fabricación de medios de molienda, piezas mecánicas y herramientas. Debido a su excelente biocompatibilidad, la zirconia encuentra aplicaciones en los campos médico y dental para la producción de coronas e implantes dentales.
Caso: Émbolo de circonio
En la industria química, las bombas de émbolo de circonio se utilizan en aplicaciones de dosificación. Su baja conductividad térmica evita que el calor de fricción se propague rápidamente dentro del componente, previniendo así el sobrecalentamiento localizado y el agarrotamiento. Además, su alta resistencia al desgaste garantiza una larga vida útil.
¿Cómo elegir los materiales adecuados para mi proceso de fabricación industrial?
Debido a las diferentes condiciones de los equipos y a los distintos requisitos de rendimiento, las diferentes industrias necesitan diferentes tipos de cerámica. Basándonos en 14 años de experiencia industrial, recomendamos la elección de los materiales adecuados según los siguientes consejos:
Los materiales preferidos son AlN y Sic para las industrias de la electrónica y los semiconductores. Estos materiales cumplen con los exigentes requisitos de alta potencia, como los utilizados por los módulos IGBT y los chips LED, gracias a su alta conductividad térmica, elevado aislamiento y coeficiente de expansión térmica compatible con los sustratos de silicio. El nitruro de aluminio previene el agrietamiento debido a la expansión y contracción térmica, mientras que el carburo de silicio se utiliza en condiciones de temperatura extremas, como en las máquinas de fotolitografía, lo que garantiza un funcionamiento fiable del chip.
Aplicaciones de la cerámica de SiC en semiconductoresEn el Industria de nuevas energías, incluyendo, pero no limitándose a, vehículos eléctricos y energía fotovoltaica, las opciones preferidas son: Si3N4 y Sic. La excelente resistencia al choque térmico del nitruro de silicio se aprovecha al máximo para soportar altas temperaturas y vibraciones en aplicaciones automotrices. El carburo de silicio, gracias a su alta resistencia a la temperatura y al desgaste, puede prolongar la vida útil de los equipos fotovoltaicos, reduciendo los costos de mantenimiento.
El enfoque en el industria aeroespacial está en Sic y Si3N4. El carburo de silicio soporta el flujo de aire a alta temperatura al que se enfrenta una aeronave, mientras que la transparencia a las ondas y la resistencia al choque térmico del nitruro de silicio garantizan la estabilidad de las cubiertas de las antenas en condiciones complicadas.
En industrias metalúrgicas y de alta temperatura, las mejores opciones son Sic y MgO. El carburo de silicio soporta temperaturas superiores a 1600 °C y resiste la corrosión por metales. El óxido de magnesio es químicamente estable y no reacciona con metales líquidos. Además, previene fugas eléctricas en hornos, garantizando así la seguridad en la producción.
¿Le gustaría saber más sobre la solución cerámica personalizada de alta conductividad térmica? Para la selección de materiales específicos para su industria, póngase en contacto con nosotros. Nuevo pensamiento Nuevo material Solicite un presupuesto. Nuestros ingenieros le brindarán productos y servicios de la más alta calidad. Nuestros productos satisfarán sus necesidades de producción en electrónica, energías renovables, aeroespacial y otros sectores industriales.
Spanish 
English 
Portuguese 
German 
Arabic 
