Керамика от танталов карбид – ключов материал в полупроводниците и космонавтиката.

Танталов карбид (TaC)е ултрависокотемпературен керамичен материал. Свръхвисокотемпературната керамика (UHTC) обикновено се отнася до керамични материали с точки на топене над 3000 ℃ и използвани във високотемпературни и корозивни среди (като среди с кислородни атоми) над 2000 ℃, като ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 и HfN.

Танталовият карбид има точка на топене до 3880 ℃, висока твърдост (твърдост по Mohs 9–10), относително висока топлопроводимост (22 W·m⁻¹·K⁻¹), висока якост на огъване (340–400 MPa) и относително нисък коефициент на топлинно разширение (6,6 × 10⁻⁶ K⁻¹). Той също така показва отлична термохимична стабилност и превъзходни физични свойства и има добра химична и механична съвместимост с графит и C/C композити. Следователно, TaC покритията се използват широко в космическата термична защита, растеж на единични кристали, енергийна електроника и медицински устройства.

Приложения в полупроводниково оборудване

В момента широколентовите полупроводници, представени от силициевия карбид (SiC), са стратегическа индустрия, обслужваща основното икономическо бойно поле и отговаряща на основните национални нужди. Полупроводниците от SiC обаче също са индустрия със сложни процеси и изключително високи изисквания към оборудването. Сред тези процеси получаването на монокристали SiC е най-фундаменталното и решаващо звено в цялата индустриална верига.

Понастоящем най-често използваният метод за растеж на кристали SiC е методът на физическия транспорт на парите (PVT). В PVT прахът от силициев карбид се нагрява в запечатана камера за растеж при температури над 2300°C и налягане, близко до вакуума, чрез индукционно нагряване. Това кара праха да сублимира, генерирайки реактивен газ, съдържащ различни газообразни компоненти като Si, Si₂C и SiC₂. Тази реакция газ-твърдо вещество генерира SiC монокристален реакционен източник. Зародишен кристал SiC се поставя в горната част на камерата за растеж. Водени от пренасищането на газообразните компоненти, газообразните компоненти, транспортирани до зародишния кристал, се отлагат атомарно върху повърхността на зародишния кристал, израствайки в монокристал SiC.

Този процес има дълъг цикъл на растеж, трудно се контролира и е склонен към дефекти като микротръби и включвания. Контролът на дефектите е от решаващо значение; дори незначителни корекции или отклонения в термичното поле на пещта могат да променят растежа на кристалите или да увеличат дефектите. По-късните етапи представляват предизвикателството за постигане на по-бързи, по-дебели и по-големи кристали, изискващи не само теоретичен и инженерен напредък, но и по-сложни материали за термично поле.

Материалите на тигелите в термичното поле включват предимно графит и порест графит. Графитът обаче лесно се окислява при високи температури и корозира от разтопени метали. TaC притежава отлична термохимична стабилност и превъзходни физични свойства, проявявайки добра химична и механична съвместимост с графита. Приготвянето на TaC покритие върху графитната повърхност ефективно подобрява неговата устойчивост на окисление, устойчивост на корозия, устойчивост на износване и механични свойства. Той е особено подходящ за отглеждане на GaN или AlN монокристали в MOCVD оборудване и SiC монокристали в PVT оборудване, като значително подобрява качеството на отгледаните монокристали.

Освен това, по време на получаването на монокристали силициев карбид, след генерирането на реакционния източник на монокристал силициев карбид чрез реакция твърдо-газ, стехиометричното съотношение Si/C варира в зависимост от разпределението на термичното поле. Необходимо е да се гарантира, че компонентите на газовата фаза се разпределят и транспортират според проектираното топлинно поле и температурен градиент. Порестият графит има недостатъчна пропускливост, което изисква допълнителни пори, за да се увеличи. Въпреки това, порестият графит с висока пропускливост е изправен пред предизвикателства като обработка, отделяне на прах и ецване. Порестата керамика от танталов карбид може по-добре да постигне филтриране на компонентите на газовата фаза, да регулира локалните температурни градиенти, да направлява посоката на потока на материала и да контролира изтичането.

защотоTaC покритияпоказват отлична киселинна и алкална устойчивост на H2, HCl и NH3, във веригата на полупроводниковата промишленост от силициев карбид, TaC може също напълно да защити графитния матричен материал и да пречисти средата на растеж по време на епитаксиални процеси като MOCVD.

Приложения в космонавтиката

Тъй като съвременните летателни апарати, като аерокосмически превозни средства, ракети и ракети, се развиват към висока скорост, голяма тяга и голяма надморска височина, изискванията за устойчивост на висока температура и устойчивост на окисляване на техните повърхностни материали при екстремни условия стават все по-строги. Когато въздухоплавателното средство навлезе в атмосферата, то е изправено пред екстремни среди като висока плътност на топлинния поток, високо стагнационно налягане и висока скорост на измиване на въздушния поток, като същевременно е изправено пред химическа аблация поради реакции с кислород, водна пара и въглероден диоксид. По време на влизането и излизането на въздухоплавателното средство от атмосферата, въздухът около носовия му конус и крилата е подложен на интензивно компресиране, генерирайки значително триене с повърхността на самолета, което го кара да се нагрява от въздушния поток. В допълнение към аеродинамичното нагряване по време на полет, повърхността на самолета също се влияе от слънчевата радиация и радиацията от околната среда, което води до непрекъснато повишаване на температурата на повърхността. Тази промяна може сериозно да повлияе на експлоатационния живот на самолета.

TaC е член на фамилията керамика, устойчива на ултрависоки температури. Неговата висока точка на топене и отлична термодинамична стабилност правят TaC широко използван в горещите части на самолетите, като защита на повърхностното покритие на дюзи на ракетни двигатели.

Други приложения

TaC също има широки перспективи за приложение в режещи инструменти, абразивни материали, електронни материали и катализатори. Например, добавянето на TaC към циментиран карбид може да попречи на растежа на зърната, да увеличи твърдостта и да подобри експлоатационния живот. TaC притежава добра електрическа проводимост и може да образува нестехиометрични съединения, като проводимостта варира в зависимост от състава. Тази характеристика прави TaC обещаващ кандидат за приложения в електронни материали. По отношение на каталитичното дехидрогениране на TaC, проучванията върху каталитичната производителност на TiC и TaC показват, че TaC практически не проявява никаква каталитична активност при по-ниски температури, но неговата каталитична активност значително се увеличава над 1000 ℃. Изследване на каталитичната ефективност на CO разкри, че при 300 ℃ каталитичните продукти на TaC включват метан, вода и малки количества олефини.

Semicorex предлага високо качествоПродукти от танталов карбид. Ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com