Tantalkarbidkeramik – et nøglemateriale i halvledere og rumfart.

Tantalcarbid (TaC)er et keramisk materiale med ultrahøj temperatur. Ultra-høj temperatur keramik (UHTC'er) refererer generelt til keramiske materialer med smeltepunkter over 3000 ℃ og brugt i høje temperaturer og korrosive miljøer (såsom oxygenatommiljøer) over 2000 ℃, såsom ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 og HfN.

Tantalcarbid har et smeltepunkt så højt som 3880 ℃, høj hårdhed (Mohs hårdhed 9-10), en relativt høj termisk ledningsevne (22 W·m⁻¹·K⁻¹), høj bøjningsstyrke (340-400 MPa) og en relativt lav varmeudvidelseskoefficient (10 K⁻¹⁻¹). Det udviser også fremragende termokemisk stabilitet og overlegne fysiske egenskaber og har god kemisk og mekanisk kompatibilitet med grafit og C/C-kompositter. Derfor er TaC-belægninger i vid udstrækning brugt i rumfarts termisk beskyttelse, enkeltkrystalvækst, energielektronik og medicinsk udstyr.

Anvendelser i halvlederudstyr

I øjeblikket er halvledere med bred båndgab, repræsenteret ved siliciumcarbid (SiC), en strategisk industri, der tjener den vigtigste økonomiske slagmark og imødekommer store nationale behov. SiC-halvledere er dog også en industri med komplekse processer og ekstremt høje udstyrskrav. Blandt disse processer er SiC enkeltkrystalpræparation det mest fundamentale og afgørende led i hele den industrielle kæde.

I øjeblikket er den mest almindeligt anvendte metode til SiC-krystalvækst metoden Physical Vapor Transport (PVT). I PVT opvarmes siliciumcarbidpulver i et forseglet vækstkammer ved temperaturer over 2300°C og næsten vakuumtryk gennem induktionsopvarmning. Dette får pulveret til at sublimere og generere en reaktiv gas indeholdende forskellige gasformige komponenter såsom Si, Si2C og SiC2. Denne gas-faste reaktion genererer en SiC-enkeltkrystalreaktionskilde. En SiC-frøkrystal er placeret i toppen af ​​vækstkammeret. Drevet af overmætningen af ​​de gasformige komponenter bliver de gasformige komponenter, der transporteres til podekrystallen, atomisk aflejret på podekrystaloverfladen og vokser til en SiC-enkeltkrystal.

Denne proces har en lang vækstcyklus, er svær at kontrollere og er tilbøjelig til defekter såsom mikrorør og indeslutninger. Kontrol af defekter er afgørende; selv mindre justeringer eller afdrift i ovnens termiske felt kan ændre krystalvækst eller øge defekter. Senere stadier udgør udfordringen med at opnå hurtigere, tykkere og større krystaller, hvilket ikke kun kræver teoretiske og tekniske fremskridt, men også mere sofistikerede termiske feltmaterialer.

Digelmaterialerne i det termiske felt omfatter primært grafit og porøs grafit. Men grafit oxideres let ved høje temperaturer og korroderes af smeltede metaller. TaC besidder fremragende termokemisk stabilitet og overlegne fysiske egenskaber, der udviser god kemisk og mekanisk kompatibilitet med grafit. Forberedelse af en TaC-belægning på grafitoverfladen forbedrer effektivt dens oxidationsmodstand, korrosionsbestandighed, slidstyrke og mekaniske egenskaber. Det er særligt velegnet til dyrkning af GaN- eller AlN-enkeltkrystaller i MOCVD-udstyr og SiC-enkeltkrystaller i PVT-udstyr, hvilket væsentligt forbedrer kvaliteten af ​​de dyrkede enkeltkrystaller.

Under fremstillingen af ​​siliciumcarbid-enkeltkrystaller, efter at siliciumcarbid-enkeltkrystalreaktionskilden er genereret gennem en fast-gas-reaktion, varierer det støkiometriske Si/C-forhold med den termiske feltfordeling. Det er nødvendigt at sikre, at gasfasekomponenterne fordeles og transporteres i overensstemmelse med det designede termiske felt og temperaturgradient. Porøs grafit har utilstrækkelig permeabilitet, hvilket kræver yderligere porer for at øge den. Porøs grafit med høj permeabilitet står imidlertid over for udfordringer som forarbejdning, pulverafgivelse og ætsning. Porøs tantalkarbidkeramik kan bedre opnå gasfasekomponentfiltrering, justere lokale temperaturgradienter, styre materialestrømningsretningen og kontrollere lækage.

FordiTaC belægningerudviser fremragende syre- og alkaliresistens over for H2, HCl og NH3, i siliciumcarbidhalvlederindustriens kæde, kan TaC også fuldstændigt beskytte grafitmatrixmaterialet og rense vækstmiljøet under epitaksiale processer såsom MOCVD.

Applikationer i rumfart

Efterhånden som moderne fly, såsom rumfartskøretøjer, raketter og missiler, udvikler sig i retning af høj hastighed, høj trykkraft og stor højde, bliver kravene til højtemperaturmodstand og oxidationsmodstand af deres overfladematerialer under ekstreme forhold stadig strengere. Når et fly kommer ind i atmosfæren, står det over for ekstreme miljøer såsom høj varmefluxtæthed, højt stagnationstryk og høj luftstrømningshastighed, mens det også står over for kemisk ablation på grund af reaktioner med ilt, vanddamp og kuldioxid. Under et flys ind- og udgang fra atmosfæren udsættes luften omkring dets næsekegle og vinger for intens kompression, hvilket genererer betydelig friktion med flyets overflade, hvilket får det til at blive opvarmet af luftstrømmen. Udover aerodynamisk opvarmning under flyvning, påvirkes flyets overflade også af solstråling og miljøstråling, hvilket får overfladetemperaturen til at stige konstant. Denne ændring kan alvorligt påvirke flyets levetid.

TaC er medlem af den ultrahøje temperaturbestandige keramiske familie. Dets høje smeltepunkt og fremragende termodynamiske stabilitet gør TaC meget udbredt i flyets hot-end dele, såsom beskyttelse af overfladebelægningen af ​​raketmotordyser.

Andre applikationer

TaC har også brede anvendelsesmuligheder inden for skærende værktøjer, slibende materialer, elektroniske materialer og katalysatorer. For eksempel kan tilsætning af TaC til cementeret carbid hæmme kornvækst, øge hårdheden og forbedre levetiden. TaC besidder god elektrisk ledningsevne og kan danne ikke-støkiometriske forbindelser, hvor ledningsevnen varierer afhængigt af sammensætningen. Denne egenskab gør TaC til en lovende kandidat til ansøgninger i elektroniske materialer. Med hensyn til den katalytiske dehydrogenering af TaC har undersøgelser af den katalytiske ydeevne af TiC og TaC vist, at TaC praktisk talt ikke udviser nogen katalytisk aktivitet ved lavere temperaturer, men dens katalytiske aktivitet stiger signifikant over 1000 ℃. Forskning i den katalytiske ydeevne af CO har afsløret, at ved 300 ℃ omfatter de katalytiske produkter af TaC metan, vand og små mængder olefiner.

Semicorex tilbyder høj kvalitetTantalcarbide produkter. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com