Diferencia entre vitrocerámica y cerámica avanzada

Aunque tanto la vitrocerámica como la cerámica avanzada son materiales inorgánicos no metálicos, son esencialmente dos materiales diferentes. La cerámica avanzada se obtiene a partir de polvos sinterizados y su microestructura es irregular e intrínsecamente porosa, lo que limita sus propiedades mecánicas y térmicas finales. En cambio, las vitrocerámicas son materiales de ingeniería complejos. En el campo de los materiales superduros y de gama alta, explorar las diferencias esenciales entre la vitrocerámica y la cerámica avanzada es de gran importancia para la selección de materiales, el diseño de procesos y la optimización del rendimiento de su proyecto. Los analizaré desde el punto de vista de la microestructura, el proceso de preparación, los escenarios de aplicación y la selección.

Diferencias en la microestructura

La forma inicial de la vitrocerámica es el vidrio amorfo. Tras una cristalización controlada, los cristales de tamaño micrométrico crecen en la matriz, y finalmente presentan una estructura de coexistencia de fase cristalina + fase vítrea, que puede reducir en gran medida el coeficiente de dilatación térmica del material, al tiempo que mejora la resistencia general a las grietas y facilita el procesamiento.

Las cerámicas avanzadas (como los óxidos o los carburos) se sinterizan por polvo a alta temperatura. Los granos están estrechamente unidos por límites de grano, la estructura es densa pero la anisotropía es más evidente. La estructura densa hace que sea menos probable que se rompa, y la dureza relativa es extremadamente alta.

Diferencia en el proceso de preparación

Cerámica de vidrio

Fusión-temple: formación de un vidrio uniforme;
Cristalización controlada: calentamiento secundario, adición de agentes nucleantes para promover la precipitación uniforme de microcristales;
Conformación/acabado: el torneado y el fresado pueden realizarse en estado vítreo o parcialmente cristalino.

Cerámica avanzada

Preparación del polvo: molienda por bolas de óxidos/nitruros/carburos de gran pureza;
Conformado: prensado en seco, prensado isostático, rejuntado, recubrimiento con película fina, impresión 3D;
Sinterización: sinterización a presión atmosférica, prensado en caliente, sinterización a presión de gas o SPS;
Postprocesado: utilizando métodos de precisión como el rectificado con diamante y el procesado por láser.

Escenario de aplicación

Industria	Cerámica de vidrio	Cerámica avanzada
Semiconductores y litografía	Tablas ópticas de baja expansión, sustratos de máscara (Zerodur)	Placas termoconductoras, brazos de sujeción, ventosas de vacío, etc.
Aeroespacial	Montajes estables de espejos, estructuras de control térmico de satélites, cavidades de giroscopios láser	Cojinetes de alta temperatura de Si₃N₄, reflectores de SiC
Instrumentos de precisión	Soportes para interferómetros, soportes para trampas de iones	Rotores de nitruro de silicio, bases de calibre cerámicas
Medicina y biotecnología	Plataformas transparentes a los rayos X, implantes humanos	Implantes de óxido de circonio, bombas de infusión médicas

Guía de selección

Necesidad de baja dilatación térmica y buena maquinabilidad → Vitrocerámica

Óptica de precisión, cavidades de formas complejas, creación rápida de prototipos.

Perseguir la extrema dureza/resistencia al desgaste, funcionalidad (piezoeléctrica, conductividad térmica, aislamiento) → Cerámica avanzada.

Condiciones de alta velocidad/alta temperatura, envasado electrónico, actuadores de sensores, etc.

Factores de coste y lote

La vitrocerámica tiene unos costes de fundición iniciales elevados, pero un tratamiento posterior barato;

La cerámica avanzada tiene largos ciclos de sinterización y un costoso procesamiento posterior, pero una larga vida útil y un rendimiento extremo.

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