Keramika z karbidu tantalu – kľúčový materiál v polovodičoch a leteckom priemysle.

Karbid tantalu (TaC)je keramický materiál s ultra vysokou teplotou. Ultra-vysokoteplotná keramika (UHTC) sa vo všeobecnosti vzťahuje na keramické materiály s bodmi topenia presahujúcimi 3000 ℃ a používané vo vysokoteplotných a korozívnych prostrediach (ako sú prostredia atómov kyslíka) nad 2 000 ℃, ako sú ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 a HfN.

Karbid tantalu má teplotu topenia až 3880 °C, vysokú tvrdosť (tvrdosť podľa Mohsa 9–10), relatívne vysokú tepelnú vodivosť (22 W·m⁻¹·K⁻¹), vysokú pevnosť v ohybe (340–400 MPa) a relatívne nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (6,6 × ⁶ 10⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻¹). Vykazuje tiež vynikajúcu termochemickú stabilitu a vynikajúce fyzikálne vlastnosti a má dobrú chemickú a mechanickú kompatibilitu s grafitom a kompozitmi C/C. Preto sú povlaky TaC široko používané v leteckej tepelnej ochrane, raste monokryštálov, energetickej elektronike a lekárskych zariadeniach.

Aplikácie v polovodičových zariadeniach

V súčasnosti sú polovodiče so širokým pásmovým odstupom, reprezentované karbidom kremíka (SiC), strategickým odvetvím, ktoré slúži hlavnému hospodárskemu boju a rieši hlavné národné potreby. Polovodiče SiC sú však tiež odvetvím so zložitými procesmi a extrémne vysokými požiadavkami na vybavenie. Spomedzi týchto procesov je príprava monokryštálov SiC najzákladnejším a najdôležitejším článkom v celom priemyselnom reťazci.

V súčasnosti je najbežnejšie používanou metódou rastu kryštálov SiC metóda fyzického transportu pár (PVT). V PVT sa prášok karbidu kremíka zahrieva v uzavretej rastovej komore pri teplotách nad 2300 °C a tlaku blízkom vákuu prostredníctvom indukčného ohrevu. To spôsobí, že prášok sublimuje, pričom sa vytvorí reaktívny plyn obsahujúci rôzne plynné zložky, ako je Si, Si2C a SiC2. Táto reakcia plyn-tuhá látka vytvára SiC monokryštálový reakčný zdroj. Očkovací kryštál SiC sa umiestni na vrch rastovej komory. Poháňané presýtením plynných zložiek sa plynné zložky transportované do zárodočného kryštálu atómovo ukladajú na povrchu zárodočného kryštálu, pričom rastú do monokryštálu SiC.

Tento proces má dlhý rastový cyklus, je ťažké ho kontrolovať a je náchylný na defekty, ako sú mikroskúmavky a inklúzie. Kontrola defektov je rozhodujúca; aj malé úpravy alebo posuny v tepelnom poli pece môžu zmeniť rast kryštálov alebo zvýšiť defekty. Neskoršie štádiá predstavujú výzvu dosiahnuť rýchlejšie, hrubšie a väčšie kryštály, ktoré si vyžadujú nielen teoretické a technické pokroky, ale aj sofistikovanejšie materiály tepelného poľa.

Materiály téglika v tepelnom poli zahŕňajú predovšetkým grafit a porézny grafit. Grafit však pri vysokých teplotách ľahko oxiduje a roztavenými kovmi koroduje. TaC má vynikajúcu termochemickú stabilitu a vynikajúce fyzikálne vlastnosti, pričom vykazuje dobrú chemickú a mechanickú kompatibilitu s grafitom. Príprava povlaku TaC na grafitovom povrchu účinne zvyšuje jeho odolnosť proti oxidácii, korózii, opotrebeniu a mechanické vlastnosti. Je obzvlášť vhodný na pestovanie monokryštálov GaN alebo AlN v zariadeniach MOCVD a monokryštálov SiC v zariadeniach PVT, čím sa výrazne zlepšuje kvalita pestovaných monokryštálov.

Okrem toho, počas prípravy monokryštálov karbidu kremíka, po vytvorení zdroja reakcie monokryštálov karbidu kremíka reakciou tuhá látka-plyn, sa stechiometrický pomer Si/C mení s rozložením tepelného poľa. Je potrebné zabezpečiť, aby zložky plynnej fázy boli distribuované a transportované podľa projektovaného tepelného poľa a teplotného gradientu. Porézny grafit má nedostatočnú priepustnosť, čo si vyžaduje ďalšie póry na jej zvýšenie. Porézny grafit s vysokou priepustnosťou však čelí výzvam, ako je spracovanie, uvoľňovanie prášku a leptanie. Porézna keramika karbidu tantalu môže lepšie dosiahnuť filtráciu komponentov plynnej fázy, upraviť miestne teplotné gradienty, usmerniť smer toku materiálu a kontrolovať úniky.

PretožeTaC povlakyvykazujú vynikajúcu odolnosť voči kyselinám a zásadám voči H2, HCl a NH3, v reťazci priemyslu polovodičov z karbidu kremíka môže TaC tiež úplne chrániť materiál grafitovej matrice a čistiť rastové prostredie počas epitaxných procesov, ako je MOCVD.

Aplikácie v letectve

Ako sa moderné lietadlá, ako sú letecké dopravné prostriedky, rakety a rakety, vyvíjajú smerom k vysokej rýchlosti, vysokému ťahu a vysokej nadmorskej výške, požiadavky na odolnosť ich povrchových materiálov voči vysokej teplote a oxidácii v extrémnych podmienkach sú čoraz prísnejšie. Keď lietadlo vstúpi do atmosféry, čelí extrémnym prostrediam, ako je vysoká hustota tepelného toku, vysoký stagnačný tlak a vysoká rýchlosť prania prúdu vzduchu, pričom čelí aj chemickej ablácii v dôsledku reakcií s kyslíkom, vodnou parou a oxidom uhličitým. Počas vstupu a výstupu lietadla z atmosféry je vzduch okolo jeho predného kužeľa a krídel vystavený intenzívnej kompresii, ktorá vytvára značné trenie s povrchom lietadla, čo spôsobuje jeho zahrievanie prúdením vzduchu. Okrem aerodynamického zahrievania počas letu je povrch lietadla ovplyvňovaný aj slnečným žiarením a žiarením prostredia, čím povrchová teplota neustále stúpa. Táto zmena môže vážne ovplyvniť životnosť lietadla.

TaC je členom rodiny keramiky odolnej voči ultra vysokým teplotám. Vďaka vysokému bodu topenia a vynikajúcej termodynamickej stabilite sa TaC široko používa v horúcich častiach lietadiel, ako je ochrana povrchového náteru trysiek raketových motorov.

Iné aplikácie

TaC má tiež široké uplatnenie v rezných nástrojoch, abrazívnych materiáloch, elektronických materiáloch a katalyzátoroch. Napríklad pridanie TaC do slinutého karbidu môže inhibovať rast zŕn, zvýšiť tvrdosť a zlepšiť životnosť. TaC má dobrú elektrickú vodivosť a môže vytvárať nestechiometrické zlúčeniny, pričom vodivosť sa mení v závislosti od zloženia. Táto charakteristika robí TaC sľubným kandidátom na aplikácie v elektronických materiáloch. Pokiaľ ide o katalytickú dehydrogenáciu TaC, štúdie o katalytickom výkone TiC a TaC ukázali, že TaC nevykazuje prakticky žiadnu katalytickú aktivitu pri nižších teplotách, ale jeho katalytická aktivita sa výrazne zvyšuje nad 1000 ℃. Výskum katalytického výkonu CO odhalil, že pri 300 ℃ katalytické produkty TaC zahŕňajú metán, vodu a malé množstvá olefínov.

Semicorex ponúka vysokú kvalituVýrobky z karbidu tantalu. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com