Ceramica cu carbură de tantal - un material cheie în semiconductori și aerospațial.

Carbură de tantal (TaC)este un material ceramic la temperaturi ultra-înalte. Ceramica cu temperatură ultra-înaltă (UHTC) se referă în general la materiale ceramice cu puncte de topire care depășesc 3000 ℃ și utilizate în medii cu temperatură înaltă și corozive (cum ar fi mediile cu atom de oxigen) peste 2000 ℃, cum ar fi ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 și HfN.

Carbura de tantal are un punct de topire de până la 3880℃, duritate ridicată (duritate Mohs 9–10), o conductivitate termică relativ ridicată (22 W·m⁻¹·K⁻¹), rezistență la încovoiere ridicată (340–400 MPa) și un coeficient relativ scăzut de dilatare termică (106,6⁻⁻⁶⁶⁶⁶⁶) K⁻¹). De asemenea, prezintă o stabilitate termochimică excelentă și proprietăți fizice superioare și are o bună compatibilitate chimică și mecanică cu grafitul și compozitele C/C. Prin urmare, acoperirile TaC sunt utilizate pe scară largă în protecția termică aerospațială, creșterea unui singur cristal, electronica energetică și dispozitivele medicale.

Aplicații în echipamentele semiconductoare

În prezent, semiconductorii cu bandă interzisă largă, reprezentați de carbură de siliciu (SiC), sunt o industrie strategică care servește principalul câmp de luptă economic și se adresează nevoilor naționale majore. Cu toate acestea, semiconductorii SiC sunt, de asemenea, o industrie cu procese complexe și cerințe de echipamente extrem de ridicate. Dintre aceste procese, prepararea monocristalului de SiC este veriga cea mai fundamentală și crucială din întregul lanț industrial.

În prezent, metoda cea mai frecvent utilizată pentru creșterea cristalelor de SiC este metoda transportului fizic de vapori (PVT). În PVT, pulberea de carbură de siliciu este încălzită într-o cameră de creștere etanșă la temperaturi de peste 2300°C și presiune aproape de vid prin încălzire prin inducție. Acest lucru face ca pulberea să se sublimeze, generând un gaz reactiv care conține diferite componente gazoase, cum ar fi Si, Si₂C și SiC₂. Această reacție gaz-solid generează o sursă de reacție cu un singur cristal de SiC. Un cristal de sămânță de SiC este plasat în partea de sus a camerei de creștere. Conduse de suprasaturarea componentelor gazoase, componentele gazoase transportate la cristalul de însămânțare sunt depuse atomic pe suprafața cristalului de însămânțare, crescând într-un monocristal de SiC.

Acest proces are un ciclu lung de creștere, este dificil de controlat și este predispus la defecte precum microtuburi și incluziuni. Controlul defectelor este crucial; chiar și ajustările minore sau deviațiile în câmpul termic al cuptorului pot modifica creșterea cristalelor sau pot crește defectele. Etapele ulterioare prezintă provocarea de a obține cristale mai rapide, mai groase și mai mari, necesitând nu numai progrese teoretice și inginerești, ci și materiale de câmp termic mai sofisticate.

Materialele creuzetului din câmpul termic includ în primul rând grafitul și grafitul poros. Cu toate acestea, grafitul este ușor oxidat la temperaturi ridicate și corodat de metalele topite. TaC posedă o stabilitate termochimică excelentă și proprietăți fizice superioare, prezentând o bună compatibilitate chimică și mecanică cu grafitul. Pregătirea unei acoperiri TaC pe suprafața de grafit sporește eficient rezistența la oxidare, rezistența la coroziune, rezistența la uzură și proprietățile mecanice. Este deosebit de potrivit pentru creșterea monocristalelor GaN sau AlN în echipamentele MOCVD și a monocristalelor SiC în echipamentele PVT, îmbunătățind semnificativ calitatea monocristalelor crescute.

În plus, în timpul preparării monocristalelor de carbură de siliciu, după ce sursa de reacție monocristal de carbură de siliciu este generată printr-o reacție solid-gaz, raportul stoichiometric Si/C variază în funcție de distribuția câmpului termic. Este necesar să se asigure că componentele în fază gazoasă sunt distribuite și transportate în funcție de câmpul termic proiectat și gradientul de temperatură. Grafitul poros are o permeabilitate insuficientă, necesitând pori suplimentari pentru a-l crește. Cu toate acestea, grafitul poros cu permeabilitate ridicată se confruntă cu provocări precum procesarea, vărsarea pulberii și gravarea. Ceramica cu carbură de tantal poroasă poate realiza mai bine filtrarea componentelor în fază gazoasă, poate ajusta gradienții de temperatură locală, poate ghida direcția fluxului de material și poate controla scurgerea.

DeoareceAcoperiri TaCprezintă o rezistență excelentă la acid și alcali la H2, HCl și NH3, în lanțul industriei semiconductoare cu carbură de siliciu, TaC poate proteja complet materialul matricei de grafit și poate purifica mediul de creștere în timpul proceselor epitaxiale, cum ar fi MOCVD.

Aplicații în domeniul aerospațial

Pe măsură ce aeronavele moderne, cum ar fi vehiculele aerospațiale, rachetele și rachetele, se dezvoltă spre viteză mare, tracțiune mare și altitudine mare, cerințele pentru rezistența la temperatură ridicată și rezistența la oxidare a materialelor lor de suprafață în condiții extreme devin din ce în ce mai stricte. Când o aeronavă intră în atmosferă, se confruntă cu medii extreme, cum ar fi densitatea mare a fluxului de căldură, presiunea mare de stagnare și viteza mare de curățare a fluxului de aer, în același timp se confruntă cu ablația chimică din cauza reacțiilor cu oxigen, vapori de apă și dioxid de carbon. În timpul intrării și ieșirii unei aeronave din atmosferă, aerul din jurul conului și aripilor sale este supus unei compresii intense, generând o frecare semnificativă cu suprafața aeronavei, determinând încălzirea acesteia prin fluxul de aer. Pe lângă încălzirea aerodinamică în timpul zborului, suprafața aeronavei este, de asemenea, afectată de radiația solară și radiația mediului, determinând creșterea continuă a temperaturii suprafeței. Această modificare poate afecta grav durata de viață a aeronavei.

TaC este un membru al familiei ceramice rezistente la temperaturi ultra-înalte. Punctul său de topire ridicat și stabilitatea termodinamică excelentă fac ca TaC să fie utilizat pe scară largă în părțile fierbinți ale aeronavelor, cum ar fi protejarea stratului de suprafață a duzelor motorului rachetă.

Alte aplicații

TaC are, de asemenea, perspective largi de aplicare în scule de tăiere, materiale abrazive, materiale electronice și catalizatori. De exemplu, adăugarea de TaC la carbura cimentată poate inhiba creșterea cerealelor, crește duritatea și poate îmbunătăți durata de viață. TaC posedă o conductivitate electrică bună și poate forma compuși nestoichiometrici, cu conductivitate variind în funcție de compoziție. Această caracteristică face din TaC un candidat promițător pentru aplicații în materiale electronice. În ceea ce privește dehidrogenarea catalitică a TaC, studiile privind performanța catalitică a TiC și TaC au arătat că TaC nu prezintă practic nicio activitate catalitică la temperaturi mai scăzute, dar activitatea sa catalitică crește semnificativ peste 1000℃. Cercetările privind performanța catalitică a CO a arătat că la 300 ℃, produsele catalitice ale TaC includ metan, apă și cantități mici de olefine.

Semicorex oferă calitate înaltăProduse din Carbură de Tantal. Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.

Numărul de telefon de contact +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com