Tantaalkarbiidkeraamika – võtmematerjal pooljuhtides ja lennunduses.

Tantaalkarbiid (TaC)on ülikõrge temperatuuriga keraamiline materjal. Ülikõrge temperatuuriga keraamika (UHTC) viitab üldiselt keraamilistele materjalidele, mille sulamistemperatuur ületab 3000 ℃ ja mida kasutatakse kõrge temperatuuriga ja söövitavates keskkondades (näiteks hapnikuaatomi keskkonnas) üle 2000 ℃, nagu ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 ja HfN.

Tantaalkarbiidi sulamistemperatuur on kuni 3880 ℃, kõrge kõvadus (Mohsi kõvadus 9–10), suhteliselt kõrge soojusjuhtivus (22 W·m⁻¹·K⁻¹), kõrge paindetugevus (340–400 MPa) ja suhteliselt madal soojuspaisumistegur (6. Sellel on ka suurepärane termokeemiline stabiilsus ja suurepärased füüsikalised omadused ning sellel on hea keemiline ja mehaaniline ühilduvus grafiidi ja C/C komposiitidega. Seetõttu kasutatakse TaC katteid laialdaselt kosmosesõidukite termokaitses, monokristallide kasvatamises, energiaelektroonikas ja meditsiiniseadmetes.

Kasutusalad pooljuhtseadmetes

Praegu on lairibaga pooljuhid, mida esindab ränikarbiid (SiC), strateegiline tööstusharu, mis teenindab peamist majanduslahinguvälja ja rahuldab suuri riiklikke vajadusi. SiC pooljuhid on aga ka keerukate protsesside ja ülikõrgete seadmenõuetega tööstusharu. Nende protsesside hulgas on ränikarbiidi monokristalli valmistamine kogu tööstusahela kõige olulisem ja otsustavam lüli.

Praegu on ränikarbiidi kristallide kasvatamiseks kõige sagedamini kasutatav meetod füüsikalise aurutranspordi (PVT) meetod. PVT-s kuumutatakse ränikarbiidi pulbrit suletud kasvukambris temperatuuril üle 2300 °C ja vaakumilähedasel rõhul läbi induktsioonkuumutuse. See põhjustab pulbri sublimeerumist, tekitades reaktiivse gaasi, mis sisaldab erinevaid gaasilisi komponente, nagu Si, Si₂C ja SiC₂. See gaasi-tahke reaktsioon tekitab SiC ühekristallilise reaktsiooniallika. SiC seemnekristall asetatakse kasvukambri ülaossa. Gaasiliste komponentide üleküllastumise tõttu sadestuvad idukristallidele transporditavad gaasilised komponendid idukristalli pinnale, kasvades SiC monokristalliks.

Sellel protsessil on pikk kasvutsükkel, seda on raske kontrollida ja sellel võivad tekkida sellised defektid nagu mikrotorud ja kandmised. Defektide kontrollimine on ülioluline; isegi väikesed kohandused või triivid ahju termilises väljas võivad muuta kristallide kasvu või suurendada defekte. Hilisemates etappides on väljakutseks saada kiiremaid, paksemaid ja suuremaid kristalle, mis nõuavad mitte ainult teoreetilisi ja tehnilisi edusamme, vaid ka keerukamaid soojusvälja materjale.

Tiigli materjalid soojusväljas hõlmavad peamiselt grafiiti ja poorset grafiiti. Grafiit aga oksüdeerub kõrgel temperatuuril kergesti ja korrodeerub sulametallide poolt. TaC-l on suurepärane termokeemiline stabiilsus ja suurepärased füüsikalised omadused, millel on hea keemiline ja mehaaniline ühilduvus grafiidiga. TaC-katte ettevalmistamine grafiitpinnale suurendab tõhusalt selle oksüdatsioonikindlust, korrosioonikindlust, kulumiskindlust ja mehaanilisi omadusi. See sobib eriti hästi GaN või AlN monokristallide kasvatamiseks MOCVD seadmetes ja SiC monokristallide kasvatamiseks PVT seadmetes, parandades oluliselt kasvatatud monokristallide kvaliteeti.

Peale selle varieerub ränikarbiidi monokristallide valmistamisel pärast ränikarbiidi monokristallide reaktsiooniallika tahke-gaasi reaktsiooni allika tekkimist Si/C stöhhiomeetriline suhe vastavalt soojusvälja jaotusele. Tuleb tagada, et gaasifaasi komponendid jaotatakse ja transporditakse vastavalt projekteeritud soojusväljale ja temperatuurigradiendile. Poorsel grafiidil on ebapiisav läbilaskvus, mistõttu on selle suurendamiseks vaja täiendavaid poore. Suure läbilaskvusega poorne grafiit seisab aga silmitsi selliste väljakutsetega nagu töötlemine, pulbri valamine ja söövitamine. Poorne tantaalkarbiidi keraamika suudab paremini saavutada gaasifaasi komponentide filtreerimist, reguleerida kohalikke temperatuurigradiente, juhtida materjali voolu suunda ja kontrollida lekkeid.

SestTaC kattedomavad suurepärast happe- ja leelisekindlust H2, HCl ja NH3 suhtes, ränikarbiidi pooljuhtide tööstuse ahelas suudab TaC täielikult kaitsta grafiitmaatriksi materjali ja puhastada kasvukeskkonda epitaksiaalsete protsesside (nt MOCVD) ajal.

Rakendused lennunduses

Kuna kaasaegsed õhusõidukid, nagu kosmosesõidukid, raketid ja raketid, arenevad suure kiiruse, suure tõukejõu ja suure kõrguse suunas, muutuvad nõuded nende pinnamaterjalide kõrgele temperatuurile vastupidavusele ja oksüdatsioonikindlusele ekstreemsetes tingimustes üha karmimaks. Kui õhusõiduk atmosfääri siseneb, puutub see kokku ekstreemsete keskkondadega, nagu kõrge soojusvoo tihedus, kõrge stagnatsioonirõhk ja suur õhuvoolu pesemiskiirus, samal ajal seistes silmitsi keemilise ablatsiooniga, mis on tingitud reaktsioonidest hapniku, veeauru ja süsinikdioksiidiga. Õhusõiduki atmosfääri sisenemisel ja sealt väljumisel surutakse selle ninakoonuse ja tiibade ümber olev õhk intensiivselt kokku, tekitades õhusõiduki pinnaga märkimisväärset hõõrdumist, mille tõttu õhuvool kuumeneb. Lisaks aerodünaamilisele kuumenemisele lennu ajal mõjutab lennuki pinda ka päikesekiirgus ja keskkonnakiirgus, mistõttu pinnatemperatuur tõuseb pidevalt. See muudatus võib tõsiselt mõjutada lennuki kasutusiga.

TaC on ülikõrge temperatuurikindla keraamika perekonna liige. Selle kõrge sulamistemperatuur ja suurepärane termodünaamiline stabiilsus muudavad TaC-i laialdaselt kasutatavaks õhusõidukite kuuma otsa osades, näiteks raketimootori düüside pinnakatte kaitsmisel.

Muud rakendused

TaC-l on ka laialdased kasutusvõimalused lõikeriistade, abrasiivmaterjalide, elektrooniliste materjalide ja katalüsaatorite puhul. Näiteks võib TaC lisamine tsementeeritud karbiidile pärssida tera kasvu, suurendada kõvadust ja pikendada kasutusiga. TaC-l on hea elektrijuhtivus ja see võib moodustada mittestöhhiomeetrilisi ühendeid, mille juhtivus varieerub sõltuvalt koostisest. See omadus muudab TaC paljulubavaks kandidaadiks elektrooniliste materjalide rakenduste jaoks. Seoses TaC katalüütilise dehüdrogeenimisega on TiC ja TaC katalüütilise jõudluse uuringud näidanud, et TaC ei avalda praktiliselt mingit katalüütilist aktiivsust madalamatel temperatuuridel, kuid selle katalüütiline aktiivsus suureneb oluliselt üle 1000 ℃. CO katalüütilise jõudluse uuringud on näidanud, et temperatuuril 300 ℃ on TaC katalüütilisteks saadusteks metaani, vett ja väikeses koguses olefiine.

Semicorex pakub kõrget kvaliteetiTantaal Carbide tooted. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com