Tantaalikarbidikeramiikka – keskeinen materiaali puolijohteissa ja ilmailussa.

Tantaalikarbidi (TaC)on erittäin korkean lämpötilan keraaminen materiaali. Ultrakorkealämpötilakeramiikka (UHTC) viittaa yleensä keraamisiin materiaaleihin, joiden sulamispiste on yli 3000 ℃ ja joita käytetään korkean lämpötilan ja syövyttävissä ympäristöissä (kuten happiatomiympäristöissä) yli 2000 ℃, kuten ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 ja HfN.

Tantaalikarbidin sulamispiste on jopa 3880 ℃, korkea kovuus (Mohsin kovuus 9–10), suhteellisen korkea lämmönjohtavuus (22 W·m⁻¹·K⁻¹), korkea taivutuslujuus (340–400 MPa) ja suhteellisen alhainen lämpölaajenemiskerroin (6. Sillä on myös erinomainen termokemiallinen stabiilius ja erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet, ja sillä on hyvä kemiallinen ja mekaaninen yhteensopivuus grafiitin ja C/C-komposiittien kanssa. Siksi TaC-pinnoitteita käytetään laajalti ilmailun lämpösuojauksessa, yksikiteiden kasvussa, energiaelektroniikassa ja lääketieteellisissä laitteissa.

Sovellukset puolijohdelaitteisiin

Tällä hetkellä laajakaistaiset puolijohteet, joita edustaa piikarbidi (SiC), ovat strateginen ala, joka palvelee tärkeintä taloudellista taistelukenttää ja vastaa suuriin kansallisiin tarpeisiin. Piikarbidin puolijohteet ovat kuitenkin myös ala, jolla on monimutkaisia ​​prosesseja ja erittäin korkeat laitevaatimukset. Näistä prosesseista piikarbidin yksikiteinen valmistus on perustavanlaatuisin ja keskeisin lenkki koko teollisuusketjussa.

Tällä hetkellä yleisin piikarbidikiteiden kasvattamiseen käytetty menetelmä on Physical Vapor Transport (PVT) -menetelmä. PVT:ssä piikarbidijauhetta kuumennetaan suljetussa kasvukammiossa yli 2300 °C:n lämpötiloissa ja lähes tyhjiöpaineessa induktiokuumennuksen avulla. Tämä saa jauheen sublimoitumaan, jolloin muodostuu reaktiivinen kaasu, joka sisältää erilaisia ​​kaasumaisia ​​komponentteja, kuten Si, Si2C ja SiC2. Tämä kaasu-kiinteä reaktio tuottaa SiC yksikiteisen reaktiolähteen. Piikarbidin siemenkide asetetaan kasvatuskammion yläosaan. Kaasumaisten komponenttien ylikyllästymisen ohjaamana siemenkiteelle kuljetetut kaasumaiset komponentit kerrostuvat atomisesti siemenkiteen pinnalle ja kasvavat SiC-yksikiteeksi.

Tällä prosessilla on pitkä kasvusykli, sitä on vaikea hallita, ja se on altis vioille, kuten mikroputkille ja sulkeumalle. Vikojen hallinta on ratkaisevan tärkeää; pienetkin säädöt tai ajautumat uunin lämpökentässä voivat muuttaa kiteen kasvua tai lisätä vikoja. Myöhemmät vaiheet asettavat haasteen saavuttaa nopeampia, paksumpia ja suurempia kiteitä, mikä edellyttää teoreettisen ja teknisen edistyksen lisäksi myös kehittyneempiä lämpökenttämateriaaleja.

Lämpökentän upokkaisiin materiaaleihin kuuluvat pääasiassa grafiitti ja huokoinen grafiitti. Grafiitti hapettuu kuitenkin helposti korkeissa lämpötiloissa ja sulat metallit syöpyvät. TaC:lla on erinomainen termokemiallinen stabiilius ja erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet, ja se on hyvä kemiallinen ja mekaaninen yhteensopivuus grafiitin kanssa. TaC-pinnoitteen valmistaminen grafiittipinnalle parantaa tehokkaasti sen hapettumisenkestävyyttä, korroosionkestävyyttä, kulutuskestävyyttä ja mekaanisia ominaisuuksia. Se soveltuu erityisen hyvin GaN- tai AlN-yksikiteiden kasvattamiseen MOCVD-laitteissa ja SiC-yksikiteiden kasvattamiseen PVT-laitteissa, mikä parantaa merkittävästi kasvatettujen yksittäiskiteiden laatua.

Lisäksi piikarbidin yksittäiskiteiden valmistuksen aikana sen jälkeen, kun piikarbidin yksikidereaktiolähde on syntynyt kiinteä-kaasureaktion kautta, Si/C-stökiömetrinen suhde vaihtelee lämpökentän jakauman mukaan. On tarpeen varmistaa, että kaasufaasikomponentit jakautuvat ja kuljetetaan suunnitellun lämpökentän ja lämpötilagradientin mukaisesti. Huokoisella grafiitilla on riittämätön läpäisevyys, mikä vaatii lisähuokosia sen lisäämiseksi. Huokoisella grafiitilla, jolla on korkea läpäisevyys, on kuitenkin haasteita, kuten käsittely, jauheen leviäminen ja syövytys. Huokoisella tantaalikarbidikeramiikalla voidaan paremmin saavuttaa kaasufaasikomponenttien suodatus, säätää paikallisia lämpötilagradientteja, ohjata materiaalin virtaussuuntaa ja valvoa vuotoja.

KoskaTaC-pinnoitteetpiikarbidin puolijohdeteollisuuden ketjussa on erinomainen happo- ja alkalinkestävyys H2:lle, HCl:lle ja NH3:lle, TaC voi myös suojata täysin grafiittimatriisimateriaalia ja puhdistaa kasvuympäristön epitaksiaalisten prosessien, kuten MOCVD:n, aikana.

Sovellukset ilmailualalla

Kun nykyaikaiset lentokoneet, kuten ilmailuajoneuvot, raketit ja ohjukset, kehittyvät kohti suurta nopeutta, suurta työntövoimaa ja korkeaa korkeutta, vaatimukset niiden pintamateriaalien korkean lämpötilan kestävyydestä ja hapettumisenkestävyydestä äärimmäisissä olosuhteissa ovat yhä tiukemmat. Kun lentokone saapuu ilmakehään, se kohtaa äärimmäisiä ympäristöjä, kuten korkean lämpövuon tiheyden, korkean pysähtymispaineen ja suuren ilmavirran hankausnopeuden. Samalla se kohtaa myös kemiallisen abloinnin, joka johtuu reaktioista hapen, vesihöyryn ja hiilidioksidin kanssa. Ilma-aluksen nokkakartion ja siipien ympärillä oleva ilma puristuu voimakkaasti ilma-aluksen ilmakehään tullessa ja sieltä poistuessa, mikä aiheuttaa merkittävää kitkaa lentokoneen pinnan kanssa, jolloin ilmavirta lämpenee. Lennon aikana tapahtuvan aerodynaamisen lämpenemisen lisäksi lentokoneen pintaan vaikuttavat myös auringon säteily ja ympäristön säteily, jolloin pintalämpötila nousee jatkuvasti. Tämä muutos voi vaikuttaa vakavasti lentokoneen käyttöikään.

TaC kuuluu erittäin korkeita lämpötiloja kestävään keramiikkaperheeseen. Sen korkea sulamispiste ja erinomainen termodynaaminen stabiilius tekevät TaC:sta laajan käytön lentokoneiden kuumapään osissa, kuten rakettimoottorien suuttimien pintapinnoitteen suojaamisessa.

Muut sovellukset

TaC:lla on myös laajat sovellusmahdollisuudet leikkaustyökaluissa, hiomamateriaaleissa, elektronisissa materiaaleissa ja katalyyteissä. Esimerkiksi TaC:n lisääminen kovametalliin voi estää rakeiden kasvua, lisätä kovuutta ja parantaa käyttöikää. TaC:lla on hyvä sähkönjohtavuus ja se voi muodostaa ei-stoikiometrisiä yhdisteitä, joiden johtavuus vaihtelee koostumuksesta riippuen. Tämä ominaisuus tekee TaC:sta lupaavan ehdokkaan sähköisten materiaalien sovelluksiin. Mitä tulee TaC:n katalyyttiseen dehydraukseen, TiC:n ja TaC:n katalyyttistä suorituskykyä koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että TaC:lla ei ole käytännössä lainkaan katalyyttistä aktiivisuutta alemmissa lämpötiloissa, mutta sen katalyyttinen aktiivisuus kasvaa merkittävästi yli 1000 ℃. CO:n katalyyttisen suorituskyvyn tutkimus on paljastanut, että 300 ℃:n lämpötilassa TaC:n katalyyttisiä tuotteita ovat metaani, vesi ja pienet määrät olefiineja.

Semicorex tarjoaa korkealaatuistaTantaalikarbidi tuotteet. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Puhelinnumero +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com