Keramika z karbidu tantalu – klíčový materiál v polovodičích a letectví.

Karbid tantalu (TaC)je ultravysokoteplotní keramický materiál. Ultra-vysokoteplotní keramika (UHTC) obecně označuje keramické materiály s body tání přesahujícími 3000 ℃ a používané ve vysokoteplotním a korozivním prostředí (jako je prostředí atomů kyslíku) nad 2 000 ℃, jako je ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 a HfN.

Karbid tantalu má bod tání až 3880℃, vysokou tvrdost (tvrdost podle Mohse 9–10), relativně vysokou tepelnou vodivost (22 W·m⁻¹·K⁻¹), vysokou pevnost v ohybu (340–400 MPa) a relativně nízký koeficient tepelné roztažnosti (6,6 × ⁶ 10⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻⁻¹). Vykazuje také vynikající termochemickou stabilitu a vynikající fyzikální vlastnosti a má dobrou chemickou a mechanickou kompatibilitu s grafitem a kompozity C/C. Proto jsou povlaky TaC široce používány v letecké tepelné ochraně, růstu monokrystalů, energetické elektronice a lékařských zařízeních.

Aplikace v polovodičových zařízeních

V současné době jsou polovodiče se širokým pásmem, reprezentované karbidem křemíku (SiC), strategickým průmyslem, který slouží hlavnímu hospodářskému bojišti a řeší hlavní národní potřeby. Polovodiče SiC jsou však také odvětvím se složitými procesy a extrémně vysokými požadavky na vybavení. Mezi těmito procesy je příprava monokrystalů SiC nejzákladnějším a rozhodujícím článkem v celém průmyslovém řetězci.

V současnosti je nejběžněji používanou metodou pro růst krystalů SiC metoda fyzikálního transportu par (PVT). V PVT se prášek karbidu křemíku zahřívá v uzavřené růstové komoře při teplotách nad 2300 °C a tlaku blízkém vakuu pomocí indukčního ohřevu. To způsobí, že prášek sublimuje, čímž se vytvoří reaktivní plyn obsahující různé plynné složky, jako je Si, Si2C a SiC2. Tato reakce plyn-pevná látka generuje SiC monokrystalický reakční zdroj. Zárodečný krystal SiC je umístěn v horní části růstové komory. Díky přesycení plynných složek se plynné složky transportované do zárodečného krystalu atomicky ukládají na povrchu zárodečného krystalu a rostou do monokrystalu SiC.

Tento proces má dlouhý růstový cyklus, je obtížné jej kontrolovat a je náchylný k defektům, jako jsou mikrotrubičky a inkluze. Kontrola defektů je zásadní; i drobné úpravy nebo posuny v tepelném poli pece mohou změnit růst krystalů nebo zvýšit defekty. Pozdější fáze představují výzvu k dosažení rychlejších, silnějších a větších krystalů, což vyžaduje nejen teoretický a technický pokrok, ale také sofistikovanější materiály tepelného pole.

Mezi materiály kelímku v tepelném poli patří především grafit a porézní grafit. Grafit však při vysokých teplotách snadno oxiduje a roztavenými kovy koroduje. TaC má vynikající termochemickou stabilitu a vynikající fyzikální vlastnosti, vykazuje dobrou chemickou a mechanickou kompatibilitu s grafitem. Příprava povlaku TaC na grafitovém povrchu účinně zvyšuje jeho oxidační odolnost, odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení a mechanické vlastnosti. Je zvláště vhodný pro pěstování monokrystalů GaN nebo AlN v zařízení MOCVD a monokrystalů SiC v zařízeních PVT, čímž výrazně zlepšuje kvalitu vypěstovaných monokrystalů.

Dále, během přípravy monokrystalů karbidu křemíku, poté, co je zdroj reakce monokrystalu karbidu křemíku generován reakcí pevná látka-plyn, se stechiometrický poměr Si/C mění s rozložením tepelného pole. Je nutné zajistit distribuci a transport složek plynné fáze podle navrženého tepelného pole a teplotního gradientu. Porézní grafit má nedostatečnou propustnost, což vyžaduje další póry pro její zvýšení. Porézní grafit s vysokou propustností však čelí problémům, jako je zpracování, uvolňování prášku a leptání. Porézní keramika z karbidu tantalu může lépe dosáhnout filtrace složek v plynné fázi, upravit místní teplotní gradienty, vést směr toku materiálu a kontrolovat úniky.

ProtožeTaC povlakyvykazují vynikající odolnost vůči kyselinám a zásadám vůči H2, HCl a NH3, v řetězci průmyslu polovodičů z karbidu křemíku může TaC také zcela chránit materiál grafitové matrice a čistit růstové prostředí během epitaxních procesů, jako je MOCVD.

Aplikace v letectví

Jak se moderní letadla, jako jsou letecká vozidla, rakety a řízené střely, vyvíjejí směrem k vysoké rychlosti, vysokému tahu a vysoké výšce, požadavky na odolnost povrchových materiálů vůči vysokým teplotám a oxidaci v extrémních podmínkách jsou stále přísnější. Když letadlo vstoupí do atmosféry, čelí extrémním prostředím, jako je vysoká hustota tepelného toku, vysoký stagnační tlak a vysoká rychlost proudění vzduchu, a zároveň čelí chemické ablaci v důsledku reakcí s kyslíkem, vodní párou a oxidem uhličitým. Během vstupu a výstupu letadla z atmosféry je vzduch kolem jeho příďového kužele a křídel vystaven intenzivní kompresi, která vytváří značné tření s povrchem letadla, což způsobuje jeho ohřívání prouděním vzduchu. Kromě aerodynamického ohřevu během letu je povrch letadla ovlivňován také slunečním zářením a zářením okolního prostředí, což způsobuje neustálé zvyšování povrchové teploty. Tato změna může vážně ovlivnit životnost letadla.

TaC je členem rodiny keramiky odolné vůči ultravysokým teplotám. Jeho vysoký bod tání a vynikající termodynamická stabilita činí TaC široce používaným v horkých částech letadel, jako je ochrana povrchového povlaku trysek raketových motorů.

Jiné aplikace

TaC má také široké uplatnění v řezných nástrojích, abrazivních materiálech, elektronických materiálech a katalyzátorech. Například přidání TaC ke slinutému karbidu může inhibovat růst zrn, zvýšit tvrdost a zlepšit životnost. TaC má dobrou elektrickou vodivost a může tvořit nestechiometrické sloučeniny, přičemž vodivost se mění v závislosti na složení. Tato vlastnost činí TaC slibným kandidátem pro aplikace v elektronických materiálech. Pokud jde o katalytickou dehydrogenaci TaC, studie o katalytické výkonnosti TiC a TaC ukázaly, že TaC nevykazuje prakticky žádnou katalytickou aktivitu při nižších teplotách, ale jeho katalytická aktivita se výrazně zvyšuje nad 1000 °C. Výzkum katalytického výkonu CO odhalil, že při 300 ℃ katalytické produkty TaC zahrnují metan, vodu a malá množství olefinů.

Semicorex nabízí vysokou kvalituVýrobky z karbidu tantalu. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com