Keramika iz tantalovega karbida – ključni material v polprevodnikih in letalstvu.

Tantalov karbid (TaC)je ultravisokotemperaturni keramični material. Ultravisokotemperaturna keramika (UHTC) se na splošno nanaša na keramične materiale s tališčem nad 3000 ℃ in se uporablja v visokotemperaturnih in korozivnih okoljih (kot so okolja atomov kisika) nad 2000 ℃, kot so ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 in HfN.

Tantalov karbid ima tališče do 3880 ℃, visoko trdoto (trdota po Mohsu 9–10), razmeroma visoko toplotno prevodnost (22 W·m⁻¹·K⁻¹), visoko upogibno trdnost (340–400 MPa) in relativno nizek koeficient toplotnega raztezanja (6,6 × 10⁻⁶ K⁻¹). Izkazuje tudi odlično termokemično stabilnost in vrhunske fizikalne lastnosti ter ima dobro kemično in mehansko združljivost z grafitom in C/C kompoziti. Zato se prevleke TaC pogosto uporabljajo v letalski in vesoljski toplotni zaščiti, rasti monokristalov, energetski elektroniki in medicinskih napravah.

Uporaba v polprevodniški opremi

Trenutno so širokopasovni polprevodniki, ki jih predstavlja silicijev karbid (SiC), strateška industrija, ki služi glavnemu gospodarskemu bojišču in obravnava glavne nacionalne potrebe. Vendar pa so polprevodniki SiC tudi industrija z zapletenimi procesi in izjemno visokimi zahtevami glede opreme. Med temi postopki je priprava monokristalov SiC najbolj temeljni in ključni člen v celotni industrijski verigi.

Trenutno je najpogosteje uporabljena metoda za rast kristalov SiC metoda fizičnega prenosa pare (PVT). Pri PVT se prah silicijevega karbida segreva v zaprti rastni komori pri temperaturah nad 2300 °C in tlaku, ki je skoraj vakuumski, z indukcijskim segrevanjem. To povzroči sublimacijo prahu, pri čemer nastane reaktiven plin, ki vsebuje različne plinaste komponente, kot so Si, Si₂C in SiC₂. Ta reakcija plin-trdna snov ustvari vir SiC monokristalne reakcije. Na vrhu rastne komore je postavljen kristal SiC. Zaradi prenasičenosti plinastih komponent se plinaste komponente, ki se prenašajo v zarodni kristal, atomsko odložijo na površino začetnega kristala in zrastejo v monokristal SiC.

Ta proces ima dolg cikel rasti, ga je težko nadzorovati in je nagnjen k okvaram, kot so mikrocevke in vključki. Kontrola napak je ključnega pomena; že manjše prilagoditve ali odmiki v termičnem polju peči lahko spremenijo rast kristalov ali povečajo napake. Kasnejše stopnje predstavljajo izziv doseganja hitrejših, debelejših in večjih kristalov, ki zahtevajo ne le teoretični in inženirski napredek, temveč tudi bolj sofisticirane materiale termičnega polja.

Materiali za lončke na termičnem področju vključujejo predvsem grafit in porozni grafit. Vendar grafit zlahka oksidira pri visokih temperaturah in ga razjedajo staljene kovine. TaC ima odlično termokemično stabilnost in vrhunske fizikalne lastnosti ter kaže dobro kemično in mehansko združljivost z grafitom. Priprava TaC prevleke na površini grafita učinkovito izboljša njeno odpornost proti oksidaciji, odpornost proti koroziji, odpornost proti obrabi in mehanske lastnosti. Posebej primeren je za gojenje monokristalov GaN ali AlN v opremi MOCVD in monokristalov SiC v opremi PVT, kar bistveno izboljša kakovost gojenih monokristalov.

Poleg tega se med pripravo monokristalov silicijevega karbida, potem ko nastane reakcijski vir monokristala silicijevega karbida z reakcijo med trdnim plinom, stehiometrično razmerje Si/C spreminja s porazdelitvijo toplotnega polja. Zagotoviti je treba, da se komponente plinske faze porazdelijo in transportirajo v skladu z načrtovanim toplotnim poljem in temperaturnim gradientom. Porozni grafit ima nezadostno prepustnost, zato so potrebne dodatne pore za povečanje. Vendar pa se porozni grafit z visoko prepustnostjo sooča z izzivi, kot so obdelava, razsipavanje prahu in jedkanje. Keramika iz poroznega tantalovega karbida lahko bolje doseže filtracijo komponent plinske faze, prilagodi lokalne temperaturne gradiente, usmerja smer toka materiala in nadzoruje puščanje.

KerTaC premaziizkazujejo odlično kislinsko in alkalno odpornost na H2, HCl in NH3, v verigi industrije polprevodnikov silicijevega karbida lahko TaC tudi popolnoma zaščiti material grafitne matrike in očisti rastno okolje med epitaksialnimi procesi, kot je MOCVD.

Aplikacije v letalstvu

Ker se sodobna letala, kot so vesoljska vozila, rakete in izstrelki, razvijajo v smeri visoke hitrosti, velikega potiska in velike nadmorske višine, postajajo zahteve glede odpornosti na visoke temperature in odpornosti proti oksidaciji njihovih površinskih materialov v ekstremnih pogojih vse strožje. Ko letalo vstopi v atmosfero, se sooči z ekstremnimi okolji, kot so visoka gostota toplotnega toka, visok stagnacijski tlak in velika hitrost praskanja zraka, hkrati pa se sooči s kemično ablacijo zaradi reakcij s kisikom, vodno paro in ogljikovim dioksidom. Med vstopom in izstopom letala iz atmosfere je zrak okoli njegovega nosnega stožca in kril izpostavljen intenzivnemu stiskanju, kar povzroča znatno trenje s površino letala, zaradi česar se segreje zaradi zračnega toka. Poleg aerodinamičnega segrevanja med letom na površino letala vpliva tudi sončno sevanje in sevanje okolja, zaradi česar temperatura na površini nenehno narašča. Ta sprememba lahko resno vpliva na življenjsko dobo letala.

TaC je član družine keramike, odporne na ultra visoke temperature. Zaradi visokega tališča in odlične termodinamične stabilnosti se TaC pogosto uporablja v vročih delih letal, kot je zaščita površinskega premaza šob raketnih motorjev.

Druge aplikacije

TaC ima tudi široke možnosti uporabe v rezalnih orodjih, abrazivnih materialih, elektronskih materialih in katalizatorjih. Na primer, dodajanje TaC cementnemu karbidu lahko zavre rast zrn, poveča trdoto in podaljša življenjsko dobo. TaC ima dobro električno prevodnost in lahko tvori nestehiometrične spojine, pri čemer se prevodnost spreminja glede na sestavo. Zaradi te lastnosti je TaC obetaven kandidat za aplikacije v elektronskih materialih. V zvezi s katalitično dehidrogenacijo TaC so študije o katalitičnem delovanju TiC in TaC pokazale, da TaC praktično ne kaže nobene katalitične aktivnosti pri nižjih temperaturah, vendar se njegova katalitična aktivnost znatno poveča nad 1000 ℃. Raziskave o katalitičnem delovanju CO so pokazale, da pri 300 ℃ katalitični produkti TaC vključujejo metan, vodo in majhne količine olefinov.

Semicorex ponuja visoko kakovostIzdelki iz tantalovega karbida. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com