Керамика из карбида тантала – ключевой материал в полупроводниковой и аэрокосмической промышленности.

Карбид тантала (TaC)представляет собой сверхвысокотемпературный керамический материал. Сверхвысокотемпературная керамика (UHTC) обычно относится к керамическим материалам с температурой плавления, превышающим 3000 ℃ и используемым в высокотемпературных и агрессивных средах (например, в среде атомов кислорода) выше 2000 ℃, таких как ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 и HfN.

Карбид тантала имеет температуру плавления до 3880℃, высокую твердость (твердость по Моосу 9–10), относительно высокую теплопроводность (22 Вт·м⁻¹·К⁻¹), высокую прочность на изгиб (340–400 МПа) и сравнительно низкий коэффициент теплового расширения (6,6 × 10⁻⁶ К⁻¹). Он также демонстрирует превосходную термохимическую стабильность и превосходные физические свойства, а также хорошую химическую и механическую совместимость с графитом и композитами C/C. Поэтому покрытия TaC широко используются в аэрокосмической тепловой защите, выращивании монокристаллов, энергетической электронике и медицинских устройствах.

Применение в полупроводниковом оборудовании

В настоящее время широкозонные полупроводники, представленные карбидом кремния (SiC), являются стратегической отраслью, обслуживающей основное поле экономической битвы и удовлетворяющей основные национальные потребности. Однако производство полупроводников SiC также представляет собой отрасль со сложными процессами и чрезвычайно высокими требованиями к оборудованию. Среди этих процессов получение монокристаллов SiC является наиболее фундаментальным и важным звеном во всей производственной цепочке.

В настоящее время наиболее часто используемым методом выращивания кристаллов SiC является метод физического переноса паров (PVT). В PVT порошок карбида кремния нагревается в герметичной камере выращивания при температуре выше 2300 ° C и давлении, близком к вакууму, посредством индукционного нагрева. Это приводит к сублимации порошка с образованием химически активного газа, содержащего различные газообразные компоненты, такие как Si, Si₂C и SiC₂. Эта реакция газ-твердое тело создает монокристаллический источник реакции SiC. Затравочный кристалл SiC помещается в верхнюю часть камеры выращивания. Под действием пересыщения газообразных компонентов газообразные компоненты, транспортируемые к затравочному кристаллу, атомно осаждаются на поверхности затравочного кристалла, превращаясь в монокристалл SiC.

Этот процесс имеет длительный цикл роста, его трудно контролировать и он склонен к появлению дефектов, таких как микротрубки и включения. Контроль дефектов имеет решающее значение; даже незначительные изменения или отклонения в тепловом поле печи могут изменить рост кристаллов или увеличить количество дефектов. На более поздних стадиях возникает проблема получения более быстрых, толстых и крупных кристаллов, что требует не только теоретических и инженерных достижений, но и более сложных материалов для термического поля.

К тигельным материалам в термической области относятся преимущественно графит и пористый графит. Однако графит легко окисляется при высоких температурах и подвергается коррозии расплавленными металлами. TaC обладает превосходной термохимической стабильностью и превосходными физическими свойствами, демонстрируя хорошую химическую и механическую совместимость с графитом. Нанесение покрытия TaC на поверхность графита эффективно повышает его стойкость к окислению, коррозионную стойкость, износостойкость и механические свойства. Он особенно подходит для выращивания монокристаллов GaN или AlN в оборудовании MOCVD и монокристаллов SiC в оборудовании PVT, что значительно улучшает качество выращенных монокристаллов.

Кроме того, во время получения монокристаллов карбида кремния, после того как источник реакции монокристалла карбида кремния генерируется посредством реакции твердого тела и газа, стехиометрическое соотношение Si/C изменяется в зависимости от распределения теплового поля. Необходимо обеспечить распределение и транспортировку компонентов газовой фазы в соответствии с расчетным тепловым полем и температурным градиентом. Пористый графит обладает недостаточной проницаемостью, поэтому для ее увеличения требуются дополнительные поры. Однако пористый графит с высокой проницаемостью сталкивается с такими проблемами, как обработка, высыпание порошка и травление. Пористая керамика из карбида тантала может лучше обеспечивать фильтрацию компонентов газовой фазы, регулировать локальные градиенты температуры, направлять направление потока материала и контролировать утечки.

Потому чтоTaC-покрытиядемонстрируют превосходную стойкость к кислотам и щелочам к H2, HCl и NH3. В цепочке производства полупроводников карбида кремния TaC также может полностью защитить материал графитовой матрицы и очистить среду роста во время эпитаксиальных процессов, таких как MOCVD.

Приложения в аэрокосмической отрасли

По мере того как современные летательные аппараты, такие как аэрокосмические аппараты, ракеты и ракеты, развиваются в сторону высоких скоростей, большой тяги и большой высоты, требования к устойчивости к высоким температурам и стойкости к окислению их поверхностных материалов в экстремальных условиях становятся все более жесткими. Когда самолет входит в атмосферу, он сталкивается с экстремальными условиями, такими как высокая плотность теплового потока, высокое давление застоя и высокая скорость раздува воздушного потока, а также с химической абляцией из-за реакций с кислородом, водяным паром и углекислым газом. Во время входа и выхода самолета из атмосферы воздух вокруг его носового обтекателя и крыльев подвергается интенсивному сжатию, вызывающему значительное трение о поверхность самолета, вызывающее его нагрев потоком воздуха. Помимо аэродинамического нагрева во время полета, на поверхность самолета также влияет солнечная радиация и радиация окружающей среды, в результате чего температура поверхности постоянно повышается. Это изменение может серьезно повлиять на срок службы самолета.

TaC принадлежит к семейству керамических изделий, устойчивых к сверхвысоким температурам. Его высокая температура плавления и превосходная термодинамическая стабильность позволяют TaC широко использоваться в горячих частях самолетов, например, для защиты поверхностного покрытия сопел ракетных двигателей.

Другие приложения

TaC также имеет широкие перспективы применения в режущих инструментах, абразивных материалах, электронных материалах и катализаторах. Например, добавление TaC в твердый сплав может замедлить рост зерен, повысить твердость и увеличить срок службы. TaC обладает хорошей электропроводностью и может образовывать нестехиометрические соединения, проводимость которых варьируется в зависимости от состава. Эта характеристика делает TaC многообещающим кандидатом для применения в электронных материалах. Что касается каталитического дегидрирования TaC, исследования каталитических характеристик TiC и TaC показали, что TaC практически не проявляет каталитической активности при более низких температурах, но его каталитическая активность значительно возрастает выше 1000 ℃. Исследования каталитических характеристик CO показали, что при 300 ℃ каталитические продукты TaC включают метан, воду и небольшое количество олефинов.

Semicorex предлагает высококачественныеИзделия из карбида тантала. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com