Natureza e propriedades das cerâmicas semicondutoras

Introdução: Cerâmicas semicondutoras são compostos químicos muito úteis em processos de fabricação devido às suas características únicas. Este artigo examina a natureza e as propriedades de cinco cerâmicas semicondutoras, bem como seus usos no setor de manufatura. Um bom conhecimento dessas cerâmicas semicondutoras aprimorará sua utilização.

Alumina como cerâmica semicondutora

A alumina, também conhecida como óxido de alumina, é uma cerâmica semicondutora. É obtida da natureza em forma mineral. Também pode ser produzida como material sintético, através da fusão de materiais sólidos de alumínio. A alumina é encontrada em diversas formas, por isso é chamada de amorfa. Por exemplo, a alumina, encontrada na forma cristalina, é conhecida como coríndon.

A tabela a seguir exibe as propriedades físicas, químicas e mecânicas da alumina.

Tabela 1: Propriedades da alumina (óxido de alumínio), uma cerâmica semicondutora

Usos da alumina em cerâmicas semicondutoras: As finalidades para as quais a alumina é utilizada estão relacionadas às suas características físicas, químicas e mecânicas como cerâmica semicondutora. São elas:

• Revestimento de equipamentos que são utilizados como fornos, pois a alumina tem capacidade de suportar temperaturas muito altas;

• Utilizado para a produção de joias

• Utilizado na produção de equipamentos de corte, devido à sua natureza dura; e

• Utilizado na produção de lixa, usada para alisar superfícies ásperas.

Nitreto de silício como cerâmica semicondutora

O nitreto de silício é uma cerâmica semicondutora produzida sinteticamente. Os processos de produção, muito caros e que exigem equipamentos especializados, são os seguintes:

   i. Nitretação direta: Neste processo, pó de silício e nitrogênio gasoso são queimados em condições de temperatura muito alta para produzir nitreto de silício.

ii. Nitretação: Aqui, a reação de cristais de pó de silício em um processo de ligação leva à produção de nitreto de silício.

Na mesma linha, as propriedades físicas, químicas e mecânicas do nitreto de silício são destacadas na tabela abaixo:

Tabela 2: Propriedades do nitreto de silício como uma cerâmica semicondutora

Usos do nitreto de silício em cerâmicas semicondutoras, incluem o seguinte:

• É utilizado na construção de turbinas;

• Para a produção de equipamentos e instrumentos utilizados em procedimentos cirúrgicos;

• Extremamente útil na fabricação de implantes dentários e ortopédicos;

• Útil para a síntese de microchips;

• O nitreto de silício é leve e, portanto, adequado para a fabricação de aeronaves, para facilitar movimentos estáveis;

• Usado para a formação de diodos emissores de luz ultravioleta.

Nitreto de boro como uma cerâmica semicondutora

O nitreto de boro é uma cerâmica semicondutora pouco encontrada no meio ambiente. É uma substância rara, utilizada principalmente em sua forma sintética, ou seja, artificial. Também é conhecido como grafite branco, devido à sua grande semelhança com o granito.

O custo de produção do nitreto de boro é alto e é necessária expertise para operar o equipamento de produção. O alto custo de produção de formas sintéticas da substância dificulta o acesso a ela por algumas indústrias. Isso apesar das vantagens de seu uso em atividades de produção que exigem cerâmicas semicondutoras.

Tabela 3: Propriedades do nitreto de boro como cerâmica semicondutora

Formas de nitreto de boro como uma cerâmica semicondutora: O nitreto de boro é um tipo peculiar de cerâmica semicondutora, porque ocorre em três formas cristalinas principais, a saber:

   i. H-BN (nitreto de boro hexagonal) – É macio, lubrificante e possui baixa condutividade elétrica. As formas geradas a partir desta forma de nitreto de boro são geralmente densas.

ii. C-BN, que é produzido pela submissão do H-BN a temperaturas muito elevadas. Os produtos de C-BN são muito duros; e

   iii. W-BN, que se forma em temperaturas mais baixas que o C-BN. O W-BN é muito útil na produção de formas duras. Também possui densidade menor em relação às outras formas de nitreto de boro.

Usos do nitreto de boro como cerâmica semicondutora inclua o seguinte

• Produção de dissipadores de calor.

• Construção de fornos.

• Síntese de materiais ópticos.

• Preparação de cosméticos; e

• Fabricação de materiais de corte.

Nitreto de alumínio como cerâmica semicondutora

Descrição: O nitreto de alumínio é uma cerâmica semicondutora. É alumínio sólido que se apresenta na forma de nitreto. É uma escolha popular de cerâmica semicondutora devido à sua natureza atóxica, podendo ser usado com segurança em atividades de fabricação. O nitreto de alumínio é produzido sinteticamente pela combinação de alumínio e nitrogênio.

Tabela 4: Propriedades do nitreto de alumínio como cerâmica semicondutora

Usos do nitreto de alumínio como cerâmica semicondutora:

• É usado como dissipador de calor para aplicações elétricas e eletrônicas.

• A substância é utilizada em aplicações elétricas em situações em que altas temperaturas e dissipação de calor são consideradas um desafio.

• É combinado na produção de plásticos e materiais feitos de resina.

• É utilizado na produção de embalagens para equipamentos elétricos.

• O nitreto de alumínio também é usado para produzir um material fino conhecido como filtro RF, usado em celulares como um ressonador acústico.

• É usado na fabricação de microfones.

Carboneto de silício como uma cerâmica semicondutora

O carboneto de silício é uma cerâmica semicondutora, também conhecida como carborundum. É encontrado em estado natural em um mineral raro conhecido como moissanita. Testes realizados em amostras de carboneto de silício mostraram a presença de isótopos de silício e carbono. Esses elementos também são encontrados na poeira estelar, que tem origem no espaço.

Outras fontes de carboneto de silício: O carboneto de silício também pode ser produzido em massa nas formas cristalina e em pó. Existem dois métodos de produção de carboneto de silício sintético: o método de Lely e a deposição química de vapor. Ambos os métodos exigem equipamentos especializados e um alto grau de especialização.

Propriedades do carboneto de silício como uma cerâmica semicondutora

Usos do carboneto de silício como cerâmica semicondutora:

• O carboneto de silício é usado na produção de materiais resistentes e duros, como coletes à prova de balas.

•  É usado na fabricação de joias.

• Formulação de abrasivos.

• Construção de embreagens e freios de automóveis.

• Usado em processos fotocatalíticos, bem como na produção de transistores de emissão de campo.

• Produção de máquinas e equipamentos para economia de energia.

• Montagem de sistemas de energia solar e veículos elétricos, devido à sua capacidade de suportar altas tensões elétricas.

• É considerado um bom substituto para materiais de combustão com alto teor de carbono em processos de produção, para proteger o meio ambiente.

Conclusão:

As cerâmicas semicondutoras se distinguem por sua capacidade de suportar altas temperaturas, dureza e boa condução elétrica. Essas características também incluem sua capacidade de resistir à corrosão, ao desgaste, às características de ligação iônica, à cor e ao formato. Essas características também determinam a adequação de sua aplicação.