Tantál-karbid kerámia – kulcsfontosságú anyag a félvezetőkben és a repülésben.

Tantál-karbid (TaC)egy ultramagas hőmérsékletű kerámia anyag. Az ultra-magas hőmérsékletű kerámiák (UHTC) általában olyan kerámia anyagokat jelentenek, amelyek olvadáspontja meghaladja a 3000 ℃-ot, és amelyeket 2000 ℃ feletti magas hőmérsékletű és korrozív környezetben (például oxigénatomos környezetben) használnak, mint például a ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 és HfN.

A tantál-karbid olvadáspontja eléri a 3880 ℃-ot, nagy keménysége (Mohs-keménység 9–10), viszonylag magas a hővezető képessége (22 W·m⁻¹·K⁻¹), nagy a hajlítószilárdsága (340–400 MPa) és viszonylag alacsony a hőtágulási együtthatója (6 × 10–6 K). Kiváló termokémiai stabilitást és kiváló fizikai tulajdonságokat is mutat, valamint jó kémiai és mechanikai kompatibilitást mutat a grafittal és a C/C kompozitokkal. Ezért a TaC bevonatokat széles körben használják az űrhajózási hővédelemben, az egykristály növekedésben, az energiaelektronikában és az orvosi eszközökben.

Alkalmazások félvezető berendezésekben

Jelenleg a szilícium-karbid (SiC) által képviselt széles sávú félvezetők stratégiai iparágnak számítanak, amely a fő gazdasági harcteret szolgálja, és a főbb nemzeti szükségleteket elégíti ki. A SiC-félvezetők azonban összetett folyamatokkal és rendkívül magas berendezésekigényű iparágak is. Ezen eljárások között a szilícium-karbid egykristály-előállítása a legalapvetőbb és legfontosabb láncszem az egész ipari láncban.

Jelenleg a leggyakrabban használt módszer a SiC kristályok növesztésére a fizikai gőztranszport (PVT) módszer. A PVT-ben a szilícium-karbid port egy lezárt növesztőkamrában 2300 °C feletti hőmérsékletre és közel vákuumnyomásra indukciós melegítéssel melegítik. Ez a por szublimációját okozza, és különböző gáznemű komponenseket, például Si, Si2C és SiC2 tartalmazó reaktív gázt hoz létre. Ez a gáz-szilárd reakció SiC egykristályos reakcióforrást hoz létre. A növesztőkamra tetejére SiC oltókristály kerül. A gáznemű komponensek túltelítettsége hatására a magkristályba szállított gáznemű komponensek atomszerűen lerakódnak a magkristály felületére, és SiC egykristálygá nőnek.

Ennek a folyamatnak hosszú növekedési ciklusa van, nehéz ellenőrizni, és hajlamos olyan hibákra, mint a mikrocsövek és zárványok. A hibák ellenőrzése kulcsfontosságú; még a kemence termikus mezőjének kisebb módosításai vagy eltolódásai is megváltoztathatják a kristálynövekedést vagy növelhetik a hibákat. A későbbi szakaszok kihívást jelentenek a gyorsabb, vastagabb és nagyobb kristályok elérésében, ami nemcsak elméleti és mérnöki fejlesztéseket, hanem kifinomultabb hőtér anyagokat is igényel.

A hőtérben található tégely anyagok elsősorban a grafitot és a porózus grafitot foglalják magukban. A grafit azonban magas hőmérsékleten könnyen oxidálódik, és az olvadt fémek korrodálják. A TaC kiváló termokémiai stabilitással és kiváló fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, jó kémiai és mechanikai kompatibilitást mutat a grafittal. A TaC bevonat elkészítése a grafit felületén hatékonyan javítja annak oxidációval szembeni ellenállását, korrózióállóságát, kopásállóságát és mechanikai tulajdonságait. Különösen alkalmas GaN vagy AlN egykristályok termesztésére MOCVD berendezésekben és SiC egykristályok termesztésére PVT berendezésekben, jelentősen javítva a termesztett egykristályok minőségét.

Továbbá a szilícium-karbid egykristályok előállítása során, miután a szilícium-karbid egykristályos reakcióforrás szilárd-gáz reakcióval keletkezik, a Si/C sztöchiometrikus arány a termikus téreloszlással változik. Gondoskodni kell arról, hogy a gázfázisú komponensek elosztása és szállítása a tervezett hőtér és hőmérsékleti gradiens szerint történjen. A porózus grafit nem megfelelő áteresztőképességgel rendelkezik, ezért további pórusokra van szükség annak növeléséhez. A nagy permeabilitással rendelkező porózus grafit azonban olyan kihívásokkal néz szembe, mint a feldolgozás, a porfelhordás és a maratás. A porózus tantál-karbid kerámiák jobban teljesítik a gázfázisú komponensek szűrését, beállítják a helyi hőmérsékleti gradienseket, irányítják az anyagáramlás irányát és szabályozzák a szivárgást.

MertTaC bevonatokkiváló sav- és lúgállóságot mutat H2-vel, HCl-vel és NH3-mal szemben, a szilícium-karbid félvezetőipari láncban a TaC teljes mértékben megvédi a grafitmátrix anyagot és megtisztítja a növekedési környezetet az epitaxiális folyamatok, például a MOCVD során.

Alkalmazások a repülésben

Ahogy a modern repülőgépek, például repülőgépek, rakéták és rakéták nagy sebesség, nagy tolóerő és nagy magasság felé fejlődnek, a felszíni anyagok szélsőséges körülmények között történő magas hőmérséklet-állóságára és oxidációval szembeni ellenállására vonatkozó követelmények egyre szigorúbbak. Amikor egy repülőgép belép a légkörbe, olyan szélsőséges környezetekkel kell szembenéznie, mint a nagy hőáram-sűrűség, a magas stagnálási nyomás és a nagy légáramlási sebesség, valamint az oxigénnel, vízgőzzel és szén-dioxiddal való reakciók miatti kémiai ablációval. A repülőgép légkörbe való be- és kilépése során az orrkúp és a szárnyak körüli levegő intenzív kompressziónak van kitéve, ami jelentős súrlódást kelt a repülőgép felületével, ami a légáramlás hatására felmelegszik. A repülés közbeni aerodinamikai felmelegedés mellett a légi jármű felületét a napsugárzás és a környezeti sugárzás is befolyásolja, aminek következtében a felszíni hőmérséklet folyamatosan emelkedik. Ez a változás komolyan befolyásolhatja a repülőgép élettartamát.

A TaC az ultramagas hőmérsékletnek ellenálló kerámiacsalád tagja. Magas olvadáspontja és kiváló termodinamikai stabilitása miatt a TaC-t széles körben használják repülőgépek forróvégű részein, például a rakétahajtóművek fúvókáinak felületi bevonatának védelmében.

Egyéb alkalmazások

A TaC széles körű alkalmazási lehetőségei vannak a vágószerszámok, csiszolóanyagok, elektronikai anyagok és katalizátorok terén is. Például TaC hozzáadása a keményfémhez gátolhatja a szemcsék növekedését, növelheti a keménységet és javíthatja az élettartamot. A TaC jó elektromos vezetőképességgel rendelkezik, és nem sztöchiometrikus vegyületeket képezhet, amelyek vezetőképessége az összetételtől függően változik. Ez a jellemző teszi a TaC-t ígéretes jelöltté az elektronikus anyagokkal kapcsolatos alkalmazásokhoz. A TaC katalitikus dehidrogénezését illetően a TiC és a TaC katalitikus teljesítményével kapcsolatos vizsgálatok kimutatták, hogy a TaC alacsonyabb hőmérsékleten gyakorlatilag nem mutat katalitikus aktivitást, de katalitikus aktivitása jelentősen megnő 1000 ℃ felett. A CO katalitikus teljesítményével kapcsolatos kutatások kimutatták, hogy 300 ℃-on a TaC katalitikus termékei közé tartozik a metán, a víz és kis mennyiségű olefin.

A Semicorex kiváló minőséget kínálTantál-karbid termékek. Ha kérdése van, vagy további részletekre van szüksége, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk.

Telefonszám: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com