El documento describe las características y aplicaciones de la cerámica de nitruro de silicio. Presenta las propiedades del material según su modo de densificación, incluyendo su densidad, módulo de elasticidad y resistencia. Explica que se usa principalmente en motores diésel, de gasolina y de turbina debido a su alta resistencia al desgaste y temperatura. Algunas aplicaciones comunes son calentadores, levas, válvulas y acoplamientos de inyectores, lo que mejora el rendimiento y reducen las em

1. Características y aplicaciones de la cerámica
estructural del Nitruro de Silicio
Características
Las características de la cerámica estructural del nitruro de silicio se dan en la Tabla 2. Estos
valores representan los materiales disponibles testeados. Sin embargo, la metodología de la
prueba y la calidad de los especimenes, particularmente su acabado superficial, pueden afectar a
los valores medidos.
Modo de densificación del material
Propiedad
Enlazado
por reacción
Sinterizado
Prensado
en caliente
prensado
isostático
Densidad, kg/m3
2.5
3.26
3.23
3.2
Modulo de
180
300
310
310
Dureza, kg/mm2
1350
1370
1620
1800
Resistencia a la
torsión, MPa a
temperatura
ambiente
340
700
900
700
elasticidad, GPa
1000ºC
600
610
1200ºC
480
570
1370ºC
210
580
310
3-4
4.6
4.7-5.5
4.9
Coeficiente de
expansión térmica,
x10-6/ºC
3
3.9
3.9
3.5
Coeficiente de
conductividad
12
32
38
32
Resistencia a la
fractura MPa√m

2. térmica,W/(mK) a
25ºC
Tabla 2. Características de la cerámica del nitruro de silicio
Según lo observado, la resistencia a la oxidación de la cerámica del nitruro de silicio depende del
tipo y de la concentración de los aditivos de sinterización. En los materiales diseñados para los
usos a alta temperatura el aumento específico del peso resultado de la oxidación sobre una
exposición al aire durante 500 horas a 1200 ºC y 1350 ºC es cerca de 1-2 g/m2 y 2-4 g/m2,
respectivamente. La cinética del proceso de la oxidación se ha investigado como que presenta
resistencia a la corrosión. La resistencia a la corrosión es también dependiente de la formulación
y de la densidad de los materiales.
Aplicaciones
El nitruro de silicio es el material principalmente utilizado para los componentes en motores de
ultima tecnología, diesel, y de turbina gas. La gama de piezas de cerámica potencialmente útiles
incluye componentes estructurales estáticos y los dinámicos tales como rotores del turbo,
rotores de turbina del generador de gas, válvulas, guías de la válvula, asientos de válvula,
componentes del pistón, levas, acoplamientos del inyector de combustible, y cojinetes.
El primer uso comercial de la cerámica de nitruro de silicio para los usos motores de automóviles
estaba en los calentadores para reducir los tiempos de encendido del motor para los motores
diesel ligeros. Más recientemente, los calentadores de Si 3N4 se han estado instalados en motores
similares. Estos calentadores también reducen emisiones y ruido del motor. La ventaja principal
es la baja densidad del material y por lo tanto un momento más bajo de inercia, que conducen a
una respuesta más rápida del motor y a una disminución del retraso del turbo. Las levas de
nitruro de silicio se han introducido en los motores diesel debido a su funcionamiento superior
frente al desgaste; una ventaja adicional es una reducción o una eliminación de la necesidad de
la lubricación forzada y de los costosos canales de lubricación. Los acoplamientos de cerámica
del inyector de combustible se han incorporando en los motores diesel, también debido a la
resistencia superior al desgaste.
La inercia más baja de las válvulas de nitruro de silicio permite a la leva realizar mas
óptimamente el movimiento de la válvula dando por resultado una operación más estable que
puede aumentar la velocidad del motor hasta 1000 RPM. Esta ventaja es utilizada con eficacia en
motores de competición lo cual permite superar a los motores estándares en muchas
competiciones. En usos convencionales, el uso de válvulas cerámicas ofrece la posibilidad de

3. aumentar la eficiencia del consumo de combustible reduciendo la carga del resorte dando por
resultado un esfuerzo de torsión más baja del árbol de levas.
El campo de los motores de turbina de gas es una tecnología en la cual servicio de la cerámica
del nitruro de silicio se puede utilizar como materiales. Una de las características comunes es
que el motor está pensado para funcionar a una temperatura de la entrada del gas de 1375 ºC.
Los únicos materiales convenientes para los componentes que pueden trabajar bajo estas
condiciones son cerámicas de nitruro de silicio.
En otros usos, los cojinetes del nitruro de silicio se han encontrado que ofrecen un
funcionamiento excelente; los rellenos de la herramienta de corte del nitruro de silicio son un
producto comercial; usar las partes tales como inyectores de chorro de arena, sellos, y los
trazadores de líneas del dado también se producen comercialmente; el funcionamiento superior
de los intercambiadores de calor se ha demostrado y hay también usos militares.