Кераміка з карбіду танталу – ключовий матеріал у напівпровідниковій та аерокосмічній промисловості.

Карбід танталу (TaC)це ультрависокотемпературний керамічний матеріал. Надвисокотемпературна кераміка (UHTC) зазвичай стосується керамічних матеріалів із температурою плавлення понад 3000 ℃ і використовується у високотемпературних і корозійних середовищах (таких як середовища атомів кисню) вище 2000 ℃, таких як ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 і HfN.

Карбід танталу має температуру плавлення до 3880 ℃, високу твердість (твердість за Моосом 9–10), відносно високу теплопровідність (22 Вт·м⁻¹·K⁻¹), високу міцність на вигин (340–400 МПа) і відносно низький коефіцієнт теплового розширення (6,6 × 10⁻⁶ K⁻¹). Він також демонструє чудову термохімічну стабільність і відмінні фізичні властивості, а також має хорошу хімічну та механічну сумісність з графітом і C/C композитами. Тому покриття TaC широко використовуються в аерокосмічному тепловому захисті, вирощуванні монокристалів, енергетичній електроніці та медичних пристроях.

Застосування в напівпровідниковій апаратурі

В даний час широкозонні напівпровідники, представлені карбідом кремнію (SiC), є стратегічною галуззю, яка обслуговує основне поле економічної битви та задовольняє основні національні потреби. Однак напівпровідники SiC також є галуззю зі складними процесами та надзвичайно високими вимогами до обладнання. Серед цих процесів отримання монокристалів SiC є найбільш фундаментальною та вирішальною ланкою у всьому промисловому ланцюзі.

В даний час найбільш часто використовуваним методом вирощування кристалів SiC є метод фізичного переносу пари (PVT). У PVT порошок карбіду кремнію нагрівається в герметичній ростовій камері при температурах вище 2300°C і тиску, близькому до вакууму, шляхом індукційного нагрівання. Це спричиняє сублімацію порошку, утворюючи реактивний газ, що містить різні газоподібні компоненти, такі як Si, Si₂C і SiC₂. Ця реакція газ-тверда речовина генерує джерело монокристалічної реакції SiC. Затравковий кристал SiC розміщують у верхній частині камери росту. Під впливом перенасичення газоподібних компонентів газоподібні компоненти, що транспортуються до затравкового кристала, атомарно осідають на поверхні затравкового кристала, виростаючи в монокристал SiC.

Цей процес має тривалий цикл росту, його важко контролювати, і він схильний до дефектів, таких як мікротрубки та включення. Контроль дефектів має вирішальне значення; навіть незначні коригування або дрейфи теплового поля печі можуть змінити ріст кристалів або збільшити кількість дефектів. На пізніших стадіях постає проблема отримання швидших, товстіших і більших кристалів, що потребує не лише теоретичних та інженерних удосконалень, але й більш складних матеріалів теплового поля.

Тигельні матеріали в тепловому полі включають в першу чергу графіт і пористий графіт. Однак графіт легко окислюється при високих температурах і піддається корозії під дією розплавлених металів. TaC має чудову термохімічну стабільність і відмінні фізичні властивості, демонструючи хорошу хімічну та механічну сумісність з графітом. Нанесення покриття TaC на поверхню графіту ефективно покращує його стійкість до окислення, корозії, зносостійкість і механічні властивості. Він особливо підходить для вирощування монокристалів GaN або AlN в обладнанні MOCVD і монокристалів SiC в обладнанні PVT, значно покращуючи якість вирощених монокристалів.

Крім того, під час отримання монокристалів карбіду кремнію, після того, як реакційне джерело монокристалу карбіду кремнію генерується за допомогою реакції тверда речовина-газ, стехіометричне співвідношення Si/C змінюється залежно від розподілу теплового поля. Необхідно забезпечити, щоб компоненти газової фази розподілялися та транспортувалися відповідно до проектованого теплового поля та градієнта температури. Пористий графіт має недостатню проникність, для її підвищення потрібні додаткові пори. Однак пористий графіт з високою проникністю стикається з такими проблемами, як обробка, осипання порошку та травлення. Пориста кераміка з карбіду танталу може краще досягати фільтрації компонентів газової фази, регулювати місцеві градієнти температури, направляти напрямок потоку матеріалу та контролювати витік.

Тому щоПокриття TaCвиявляють чудову кислотну та лужну стійкість до H2, HCl та NH3, у ланцюзі напівпровідникової промисловості карбіду кремнію TaC також може повністю захистити матеріал графітової матриці та очистити середовище росту під час епітаксійних процесів, таких як MOCVD.

Застосування в аерокосмічній галузі

Оскільки сучасні літальні апарати, такі як аерокосмічні апарати, ракети та ракети, розвиваються до високої швидкості, великої тяги та великої висоти, вимоги до високотемпературної стійкості та стійкості до окислення матеріалів їх поверхні в екстремальних умовах стають дедалі жорсткішими. Коли літальний апарат входить в атмосферу, він стикається з екстремальними середовищами, такими як висока щільність теплового потоку, високий тиск застою та висока швидкість повітряного потоку, а також стикається з хімічною абляцією через реакції з киснем, водяною парою та вуглекислим газом. Під час входу та виходу літака з атмосфери повітря навколо його носового конуса та крил піддається сильному стисненню, створюючи значне тертя об поверхню літака, внаслідок чого він нагрівається повітряним потоком. Окрім аеродинамічного нагріву під час польоту, на поверхню літака також впливає сонячна радіація та радіація навколишнього середовища, що призводить до постійного підвищення температури поверхні. Ця зміна може серйозно вплинути на термін служби літака.

TaC є членом сімейства кераміки, стійкої до надвисоких температур. Його висока температура плавлення та чудова термодинамічна стабільність роблять TaC широко використовуваним у гарячих частинах літаків, наприклад для захисту поверхневого покриття сопел ракетних двигунів.

Інші програми

TaC також має широкі перспективи застосування в ріжучих інструментах, абразивних матеріалах, електронних матеріалах і каталізаторах. Наприклад, додавання TaC до цементованого карбіду може пригнічувати ріст зерна, підвищувати твердість і покращувати термін служби. TaC має гарну електропровідність і може утворювати нестехіометричні сполуки, провідність яких змінюється залежно від складу. Ця характеристика робить TaC перспективним кандидатом для застосування в електронних матеріалах. Що стосується каталітичного дегідрування TaC, дослідження каталітичної ефективності TiC і TaC показали, що TaC практично не проявляє каталітичної активності при нижчих температурах, але його каталітична активність значно зростає вище 1000 ℃. Дослідження каталітичної ефективності CO показало, що при 300 ℃ каталітичні продукти TaC включають метан, воду та невелику кількість олефінів.

Semicorex пропонує високу якістьВироби з карбіду танталу. Якщо у вас є запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com