Tantalkarbidkeramikk – et nøkkelmateriale i halvledere og romfart.

Tantalkarbid (TaC)er et keramisk materiale med ultrahøy temperatur. Ultra-høytemperaturkeramikk (UHTC) refererer vanligvis til keramiske materialer med smeltepunkter over 3000 ℃ og brukt i høytemperatur- og korrosive miljøer (som oksygenatommiljøer) over 2000 ℃, slik som ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 og HfN.

Tantalkarbid har et smeltepunkt så høyt som 3880 ℃, høy hardhet (Mohs-hardhet 9–10), en relativt høy termisk ledningsevne (22 W·m⁻¹·K⁻¹), høy bøyestyrke (340–400 MPa) og en relativt lav koeffisient på termisk ekspansjon (10 K⁻⁻⁻⁶). Den viser også utmerket termokjemisk stabilitet og overlegne fysiske egenskaper, og har god kjemisk og mekanisk kompatibilitet med grafitt og C/C-kompositter. Therefore, TaC coatings are widely used in aerospace thermal protection, single crystal growth, energy electronics, and medical devices.

Applikasjoner i halvlederutstyr

For tiden er halvledere med brede båndgap, representert ved silisiumkarbid (SiC), en strategisk industri som betjener den viktigste økonomiske slagmarken og dekker store nasjonale behov. SiC-halvledere er imidlertid også en industri med komplekse prosesser og ekstremt høye utstyrskrav. Blant disse prosessene er SiC-enkrystallpreparering det mest grunnleggende og avgjørende leddet i hele industrikjeden.

Currently, the most commonly used method for SiC crystal growth is the Physical Vapor Transport (PVT) method. I PVT varmes silisiumkarbidpulver opp i et forseglet vekstkammer ved temperaturer over 2300°C og nærvakuumtrykk gjennom induksjonsoppvarming. This causes the powder to sublimate, generating a reactive gas containing different gaseous components such as Si, Si₂C, and SiC₂. This gas-solid reaction generates a SiC single-crystal reaction source. A SiC seed crystal is placed at the top of the growth chamber. Drevet av overmetningen av de gassformige komponentene, blir de gassformige komponentene transportert til frøkrystallen atomisk avsatt på frøkrystalloverflaten, og vokser til en SiC-enkeltkrystall.

Denne prosessen har en lang vekstsyklus, er vanskelig å kontrollere, og er utsatt for defekter som mikrorør og inneslutninger. Kontroll av feil er avgjørende; selv mindre justeringer eller drift i ovnens termiske felt kan endre krystallvekst eller øke defekter. Senere stadier presenterer utfordringen med å oppnå raskere, tykkere og større krystaller, som krever ikke bare teoretiske og tekniske fremskritt, men også mer sofistikerte termiske feltmaterialer.

The crucible materials in the thermal field primarily include graphite and porous graphite. However, graphite is easily oxidized at high temperatures and corroded by molten metals. TaC har utmerket termokjemisk stabilitet og overlegne fysiske egenskaper, og viser god kjemisk og mekanisk kompatibilitet med grafitt. Forberedelse av et TaC-belegg på grafittoverflaten forbedrer effektivt dens oksidasjonsmotstand, korrosjonsmotstand, slitestyrke og mekaniske egenskaper. Den er spesielt egnet for dyrking av GaN eller AlN enkeltkrystaller i MOCVD-utstyr og SiC-enkeltkrystaller i PVT-utstyr, noe som forbedrer kvaliteten på de dyrkede enkeltkrystallene betydelig.

Videre, under fremstillingen av silisiumkarbidenkelkrystaller, etter at silisiumkarbidenkrystallreaksjonskilden er generert gjennom en fastgassreaksjon, varierer det støkiometriske Si/C-forholdet med den termiske feltfordelingen. Det er nødvendig å sikre at gassfasekomponentene er fordelt og transportert i henhold til det utformede termiske feltet og temperaturgradienten. Porous graphite has insufficient permeability, requiring additional pores to increase it. However, porous graphite with high permeability faces challenges such as processing, powder shedding, and etching. Porøs tantalkarbidkeramikk kan bedre oppnå gassfasekomponentfiltrering, justere lokale temperaturgradienter, styre materialstrømningsretningen og kontrollere lekkasje.

FordiTaC-beleggviser utmerket syre- og alkaliresistens mot H2, HCl og NH3, i silisiumkarbidhalvlederindustrikjeden kan TaC også fullstendig beskytte grafittmatrisematerialet og rense vekstmiljøet under epitaksiale prosesser som MOCVD.

Applikasjoner i romfart

Etter hvert som moderne fly, som romfartskjøretøyer, raketter og missiler, utvikler seg mot høy hastighet, høy skyvekraft og stor høyde, blir kravene til høytemperaturmotstand og oksidasjonsmotstand til overflatematerialene deres under ekstreme forhold stadig strengere. Når et fly kommer inn i atmosfæren, står det overfor ekstreme miljøer som høy varmeflukstetthet, høyt stagnasjonstrykk og høy luftstrøm skurehastighet, samtidig som det står overfor kjemisk ablasjon på grunn av reaksjoner med oksygen, vanndamp og karbondioksid. Under inn- og utgang av et fly fra atmosfæren, blir luften rundt nesekjeglen og vingene utsatt for intens kompresjon, noe som genererer betydelig friksjon med flyets overflate, noe som får den til å varmes opp av luftstrømmen. I tillegg til aerodynamisk oppvarming under flyging, påvirkes flyets overflate også av solstråling og miljøstråling, noe som fører til at overflatetemperaturen kontinuerlig stiger. This change can seriously affect the aircraft's service life.

TaC er medlem av den ultrahøye temperaturbestandige keramiske familien. Det høye smeltepunktet og den utmerkede termodynamiske stabiliteten gjør TaC mye brukt i de varme delene av fly, for eksempel beskyttelse av overflatebelegget på rakettmotordyser.

Andre applikasjoner

TaC also has broad application prospects in cutting tools, abrasive materials, electronic materials, and catalysts. For example, adding TaC to cemented carbide can inhibit grain growth, increase hardness, and improve service life. TaC possesses good electrical conductivity and can form non-stoichiometric compounds, with conductivity varying depending on the composition. This characteristic makes TaC a promising candidate for applications in electronic materials. Når det gjelder katalytisk dehydrogenering av TaC, har studier på den katalytiske ytelsen til TiC og TaC vist at TaC praktisk talt ikke viser noen katalytisk aktivitet ved lavere temperaturer, men dens katalytiske aktivitet øker betydelig over 1000 ℃. Forskning på den katalytiske ytelsen til CO har avslørt at ved 300 ℃ inkluderer de katalytiske produktene av TaC metan, vann og små mengder olefiner.

Semicorex tilbyr høy kvalitetTantalkarbid produkter. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com