Κεραμικά καρβιδίου του τανταλίου – Ένα βασικό υλικό στον ημιαγωγό και την αεροδιαστημική.

Καρβίδιο τανταλίου (TaC)είναι ένα κεραμικό υλικό εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας. Τα κεραμικά υπερυψηλής θερμοκρασίας (UHTC) αναφέρονται γενικά σε κεραμικά υλικά με σημεία τήξης άνω των 3000℃ και χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και διαβρωτικά (όπως περιβάλλοντα ατόμων οξυγόνου) πάνω από 2000℃, όπως ZrC, HfC, TaC, HfB2, HfNB2.

Το καρβίδιο του τανταλίου έχει σημείο τήξης έως και 3880℃, υψηλή σκληρότητα (σκληρότητα Mohs 9–10), σχετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα (22 W·m-1·K-1), υψηλή αντοχή σε κάμψη (340–400 MPa) και σχετικά χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής 6.6 × 1.6 × 1. K-1). Επιδεικνύει επίσης εξαιρετική θερμοχημική σταθερότητα και ανώτερες φυσικές ιδιότητες και έχει καλή χημική και μηχανική συμβατότητα με γραφίτη και σύνθετα υλικά C/C. Ως εκ τούτου, οι επικαλύψεις TaC χρησιμοποιούνται ευρέως στη θερμική προστασία της αεροδιαστημικής, στην ανάπτυξη μονού κρυστάλλου, στα ενεργειακά ηλεκτρονικά και στις ιατρικές συσκευές.

Εφαρμογές σε εξοπλισμό ημιαγωγών

Επί του παρόντος, οι ημιαγωγοί ευρείας ζώνης, που αντιπροσωπεύονται από το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), είναι μια στρατηγική βιομηχανία που εξυπηρετεί το κύριο οικονομικό πεδίο μάχης και ανταποκρίνεται σε σημαντικές εθνικές ανάγκες. Ωστόσο, οι ημιαγωγοί SiC είναι επίσης μια βιομηχανία με πολύπλοκες διαδικασίες και εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις σε εξοπλισμό. Μεταξύ αυτών των διαδικασιών, η παρασκευή μονοκρυστάλλου SiC είναι ο πιο θεμελιώδης και κρίσιμος κρίκος σε ολόκληρη τη βιομηχανική αλυσίδα.

Επί του παρόντος, η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την ανάπτυξη κρυστάλλων SiC είναι η μέθοδος Physical Vapor Transport (PVT). Στο PVT, η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου θερμαίνεται σε σφραγισμένο θάλαμο ανάπτυξης σε θερμοκρασίες πάνω από 2300°C και πίεση σχεδόν κενού μέσω επαγωγικής θέρμανσης. Αυτό προκαλεί την εξάχνωση της σκόνης, δημιουργώντας ένα αντιδραστικό αέριο που περιέχει διαφορετικά αέρια συστατικά όπως Si, Si2C και SiC2. Αυτή η αντίδραση αερίου-στερεού δημιουργεί μια πηγή αντίδρασης μονοκρυστάλλου SiC. Ένας κρύσταλλος σπόρων SiC τοποθετείται στην κορυφή του θαλάμου ανάπτυξης. Καθοδηγούμενα από τον υπερκορεσμό των αέριων συστατικών, τα αέρια συστατικά που μεταφέρονται στον κρύσταλλο των σπόρων εναποτίθενται ατομικά στην επιφάνεια του κρυστάλλου του σπόρου, αναπτύσσοντας σε έναν μονοκρύσταλλο SiC.

Αυτή η διαδικασία έχει μακρύ κύκλο ανάπτυξης, είναι δύσκολο να ελεγχθεί και είναι επιρρεπής σε ελαττώματα όπως μικροσωλήνες και εγκλείσματα. Ο έλεγχος των ελαττωμάτων είναι ζωτικής σημασίας. Ακόμη και μικρές προσαρμογές ή μετατοπίσεις στο θερμικό πεδίο του κλιβάνου μπορούν να αλλάξουν την ανάπτυξη των κρυστάλλων ή να αυξήσουν τα ελαττώματα. Τα μεταγενέστερα στάδια παρουσιάζουν την πρόκληση της επίτευξης ταχύτερων, παχύτερων και μεγαλύτερων κρυστάλλων, που απαιτούν όχι μόνο θεωρητικές και μηχανικές προόδους αλλά και πιο εξελιγμένα υλικά θερμικού πεδίου.

Τα υλικά του χωνευτηρίου στο θερμικό πεδίο περιλαμβάνουν κυρίως γραφίτη και πορώδη γραφίτη. Ωστόσο, ο γραφίτης οξειδώνεται εύκολα σε υψηλές θερμοκρασίες και διαβρώνεται από τηγμένα μέταλλα. Το TaC διαθέτει εξαιρετική θερμοχημική σταθερότητα και ανώτερες φυσικές ιδιότητες, επιδεικνύοντας καλή χημική και μηχανική συμβατότητα με τον γραφίτη. Η προετοιμασία μιας επίστρωσης TaC στην επιφάνεια γραφίτη ενισχύει αποτελεσματικά την αντοχή στην οξείδωση, την αντίσταση στη διάβρωση, την αντοχή στη φθορά και τις μηχανικές ιδιότητές της. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την καλλιέργεια μονοκρυστάλλων GaN ή AlN σε εξοπλισμό MOCVD και μονοκρυστάλλων SiC σε εξοπλισμό PVT, βελτιώνοντας σημαντικά την ποιότητα των αναπτυσσόμενων μονοκρυστάλλων.

Επιπλέον, κατά την παρασκευή μονοκρυστάλλων καρβιδίου του πυριτίου, αφού δημιουργηθεί η πηγή αντίδρασης μονοκρυστάλλου καρβιδίου του πυριτίου μέσω αντίδρασης στερεού-αερίου, η στοιχειομετρική αναλογία Si/C ποικίλλει ανάλογα με την κατανομή του θερμικού πεδίου. Είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι τα εξαρτήματα της αέριας φάσης κατανέμονται και μεταφέρονται σύμφωνα με το σχεδιασμένο θερμικό πεδίο και την κλίση θερμοκρασίας. Ο πορώδης γραφίτης έχει ανεπαρκή διαπερατότητα, απαιτώντας πρόσθετους πόρους για να αυξηθεί. Ωστόσο, ο πορώδης γραφίτης με υψηλή διαπερατότητα αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως η επεξεργασία, η απόρριψη σκόνης και η χάραξη. Τα πορώδη κεραμικά καρβιδίου του τανταλίου μπορούν να επιτύχουν καλύτερα το φιλτράρισμα των συστατικών αέριας φάσης, να προσαρμόσουν τις τοπικές κλίσεις θερμοκρασίας, να καθοδηγήσουν την κατεύθυνση ροής του υλικού και να ελέγξουν τη διαρροή.

ΕπειδήΕπιστρώσεις TaCπαρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή σε οξύ και αλκάλιο σε H2, HCl και NH3, στην αλυσίδα βιομηχανίας ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου, το TaC μπορεί επίσης να προστατεύσει πλήρως το υλικό της μήτρας γραφίτη και να καθαρίσει το περιβάλλον ανάπτυξης κατά τη διάρκεια επιταξιακών διεργασιών όπως το MOCVD.

Εφαρμογές στην Αεροδιαστημική

Καθώς τα σύγχρονα αεροσκάφη, όπως τα αεροδιαστημικά οχήματα, οι πύραυλοι και οι πύραυλοι, εξελίσσονται προς υψηλή ταχύτητα, υψηλή ώση και μεγάλο ύψος, οι απαιτήσεις για την αντίσταση σε υψηλή θερμοκρασία και την αντίσταση στην οξείδωση των υλικών της επιφάνειάς τους υπό ακραίες συνθήκες γίνονται όλο και πιο αυστηρές. Όταν ένα αεροσκάφος εισέρχεται στην ατμόσφαιρα, αντιμετωπίζει ακραία περιβάλλοντα όπως υψηλή πυκνότητα ροής θερμότητας, υψηλή πίεση στασιμότητας και υψηλή ταχύτητα καθαρισμού ροής αέρα, ενώ αντιμετωπίζει επίσης χημική κατάλυση λόγω αντιδράσεων με οξυγόνο, υδρατμούς και διοξείδιο του άνθρακα. Κατά την είσοδο και έξοδο ενός αεροσκάφους από την ατμόσφαιρα, ο αέρας γύρω από τον κώνο της μύτης και τα φτερά του υπόκειται σε έντονη συμπίεση, δημιουργώντας σημαντική τριβή με την επιφάνεια του αεροσκάφους, προκαλώντας τη θέρμανση του από τη ροή αέρα. Εκτός από την αεροδυναμική θέρμανση κατά τη διάρκεια της πτήσης, η επιφάνεια του αεροσκάφους επηρεάζεται επίσης από την ηλιακή ακτινοβολία και την περιβαλλοντική ακτινοβολία, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία της επιφάνειας να αυξάνεται συνεχώς. Αυτή η αλλαγή μπορεί να επηρεάσει σοβαρά τη διάρκεια ζωής του αεροσκάφους.

Το TaC είναι μέλος της οικογένειας κεραμικών ανθεκτικών σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Το υψηλό σημείο τήξεως και η εξαιρετική θερμοδυναμική του σταθερότητα κάνουν το TaC να χρησιμοποιείται ευρέως στα θερμά μέρη του αεροσκάφους, όπως η προστασία της επιφανειακής επίστρωσης των ακροφυσίων του πυραυλοκινητήρα.

Άλλες Εφαρμογές

Το TaC έχει επίσης ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε εργαλεία κοπής, λειαντικά υλικά, ηλεκτρονικά υλικά και καταλύτες. Για παράδειγμα, η προσθήκη TaC σε καρβίδιο με τσιμέντο μπορεί να αναστείλει την ανάπτυξη των κόκκων, να αυξήσει τη σκληρότητα και να βελτιώσει τη διάρκεια ζωής. Το TaC έχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και μπορεί να σχηματίσει μη στοιχειομετρικές ενώσεις, με την αγωγιμότητα να ποικίλλει ανάλογα με τη σύνθεση. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά το TaC έναν πολλά υποσχόμενο υποψήφιο για εφαρμογές σε ηλεκτρονικά υλικά. Όσον αφορά την καταλυτική αφυδρογόνωση του TaC, μελέτες για την καταλυτική απόδοση των TiC και TaC έχουν δείξει ότι το TaC δεν παρουσιάζει ουσιαστικά καταλυτική δραστηριότητα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, αλλά η καταλυτική του δραστηριότητα αυξάνεται σημαντικά πάνω από 1000℃. Η έρευνα για την καταλυτική απόδοση του CO αποκάλυψε ότι στους 300℃, τα καταλυτικά προϊόντα του TaC περιλαμβάνουν μεθάνιο, νερό και μικρές ποσότητες ολεφινών.

Το Semicorex προσφέρει υψηλή ποιότηταΠροϊόντα καρβιδίου τανταλίου. Εάν έχετε οποιαδήποτε απορία ή χρειάζεστε πρόσθετες λεπτομέρειες, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.

Τηλέφωνο επικοινωνίας +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com