Tantalkarbidkeramik – ett nyckelmaterial inom halvledare och flyg.

Tantalkarbid (TaC)är ett keramiskt material med ultrahög temperatur. Ultrahögtemperaturkeramik (UHTC) hänvisar i allmänhet till keramiska material med smältpunkter som överstiger 3000 ℃ och används i högtemperatur- och korrosiva miljöer (som syreatommiljöer) över 2000 ℃, såsom ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 och HfN.

Tantalkarbid har en smältpunkt så hög som 3880 ℃, hög hårdhet (Mohs-hårdhet 9–10), en relativt hög värmeledningsförmåga (22 W·m⁻¹·K⁻¹), hög böjhållfasthet (340–400 MPa) och en relativt låg värmeutvidgningskoefficient (10 K⁻⁻¹). Den uppvisar också utmärkt termokemisk stabilitet och överlägsna fysikaliska egenskaper och har god kemisk och mekanisk kompatibilitet med grafit och C/C-kompositer. Därför används TaC-beläggningar i stor utsträckning inom flyg- och rymdskydd, enkristalltillväxt, energielektronik och medicinsk utrustning.

Tillämpningar i halvledarutrustning

För närvarande är halvledare med breda bandgap, representerade av kiselkarbid (SiC), en strategisk industri som betjänar det huvudsakliga ekonomiska slagfältet och tillgodoser stora nationella behov. Men SiC-halvledare är också en industri med komplexa processer och extremt höga utrustningskrav. Bland dessa processer är SiC enkristallberedning den mest grundläggande och avgörande länken i hela industrikedjan.

För närvarande är den mest använda metoden för SiC-kristalltillväxt metoden Physical Vapor Transport (PVT). I PVT värms kiselkarbidpulver i en förseglad tillväxtkammare vid temperaturer över 2300°C och nästan vakuumtryck genom induktionsvärmning. Detta gör att pulvret sublimeras och genererar en reaktiv gas som innehåller olika gasformiga komponenter såsom Si, Si2C och SiC2. Denna gas-fasta reaktion genererar en SiC-enkristallreaktionskälla. En SiC-frökristall placeras på toppen av tillväxtkammaren. Drivna av övermättnaden av de gasformiga komponenterna, de gasformiga komponenterna som transporteras till frökristallen avsätts atomärt på frökristallytan och växer till en SiC-enkristall.

Denna process har en lång tillväxtcykel, är svår att kontrollera och är utsatt för defekter som mikrorör och inneslutningar. Att kontrollera defekter är avgörande; även mindre justeringar eller avdrifter i ugnens termiska fält kan förändra kristalltillväxt eller öka defekter. Senare stadier innebär utmaningen att uppnå snabbare, tjockare och större kristaller, vilket kräver inte bara teoretiska och tekniska framsteg utan också mer sofistikerade termiska fältmaterial.

Degelmaterialen inom det termiska området inkluderar främst grafit och porös grafit. Men grafit oxideras lätt vid höga temperaturer och korroderas av smälta metaller. TaC har utmärkt termokemisk stabilitet och överlägsna fysikaliska egenskaper, uppvisar god kemisk och mekanisk kompatibilitet med grafit. Att förbereda en TaC-beläggning på grafitytan förbättrar effektivt dess oxidationsbeständighet, korrosionsbeständighet, slitstyrka och mekaniska egenskaper. Den är särskilt lämplig för att odla GaN- eller AlN-enkristaller i MOCVD-utrustning och SiC-enkristaller i PVT-utrustning, vilket avsevärt förbättrar kvaliteten på de odlade enkristallerna.

Vidare, under framställningen av kiselkarbidenkristaller, efter att kiselkarbidenkristallreaktionskällan genererats genom en fast-gasreaktion, varierar Si/C-stökiometriska förhållandet med den termiska fältfördelningen. Det är nödvändigt att säkerställa att gasfaskomponenterna fördelas och transporteras enligt det designade termiska fältet och temperaturgradienten. Porös grafit har otillräcklig permeabilitet, vilket kräver ytterligare porer för att öka den. Men porös grafit med hög permeabilitet står inför utmaningar såsom bearbetning, pulveravgivning och etsning. Porös tantalkarbidkeramik kan bättre uppnå gasfaskomponentfiltrering, justera lokala temperaturgradienter, styra materialflödesriktningen och kontrollera läckage.

Därför attTaC-beläggningaruppvisar utmärkt syra- och alkaliresistens mot H2, HCl och NH3, i kiselkarbidhalvledarindustrins kedja kan TaC också helt skydda grafitmatrismaterialet och rena tillväxtmiljön under epitaxiella processer som MOCVD.

Tillämpningar inom Aerospace

I takt med att moderna flygplan, såsom flygfarkoster, raketer och missiler, utvecklas mot hög hastighet, hög dragkraft och hög höjd, blir kraven på ytmaterialens högtemperaturbeständighet och oxidationsbeständighet under extrema förhållanden allt strängare. När ett flygplan går in i atmosfären möter det extrema miljöer som hög värmeflödestäthet, högt stagnationstryck och hög luftflödeshastighet, samtidigt som det står inför kemisk ablation på grund av reaktioner med syre, vattenånga och koldioxid. Under ett flygplans in- och utträde ur atmosfären utsätts luften runt dess noskon och vingar för intensiv kompression, vilket genererar betydande friktion med flygplanets yta, vilket gör att den värms upp av luftflödet. Förutom aerodynamisk uppvärmning under flygning påverkas flygplanets yta även av solstrålning och omgivningsstrålning, vilket gör att yttemperaturen kontinuerligt stiger. Denna förändring kan allvarligt påverka flygplanets livslängd.

TaC är en medlem av den ultrahöga temperaturbeständiga keramiska familjen. Dess höga smältpunkt och utmärkta termodynamiska stabilitet gör att TaC används i stor utsträckning i flygplans heta delar, som att skydda ytbeläggningen på raketmotormunstycken.

Andra applikationer

TaC har också breda tillämpningsmöjligheter inom skärande verktyg, slipmaterial, elektroniska material och katalysatorer. Till exempel kan tillsats av TaC till hårdmetall hämma korntillväxt, öka hårdheten och förbättra livslängden. TaC har god elektrisk ledningsförmåga och kan bilda icke-stökiometriska föreningar, med ledningsförmågan varierande beroende på sammansättningen. Denna egenskap gör TaC till en lovande kandidat för tillämpningar inom elektroniskt material. När det gäller den katalytiska dehydreringen av TaC har studier av den katalytiska prestandan av TiC och TaC visat att TaC praktiskt taget inte uppvisar någon katalytisk aktivitet vid lägre temperaturer, men dess katalytiska aktivitet ökar signifikant över 1000 ℃. Forskning om CO:s katalytiska prestanda har visat att vid 300 ℃ inkluderar de katalytiska produkterna av TaC metan, vatten och små mängder olefiner.

Semicorex erbjuder hög kvalitetTantalkarbid produkter. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com