سرامیک کاربید تانتالم - یک ماده کلیدی در نیمه هادی ها و هوا فضا.

کاربید تانتالم (TaC)یک ماده سرامیکی با دمای فوق العاده بالا است. سرامیک های با دمای فوق العاده بالا (UHTCs) عموماً به مواد سرامیکی با نقطه ذوب بیش از 3000 درجه سانتیگراد اشاره دارند و در محیط های با دمای بالا و خورنده (مانند محیط های اتم اکسیژن) بالای 2000 درجه سانتیگراد مانند ZrC، HfC، TaC، HfB2، و HfN2 استفاده می شوند.

کاربید تانتالیوم دارای نقطه ذوب 3880 درجه سانتیگراد، سختی بالا (سختی Mohs 9-10)، رسانایی حرارتی نسبتاً بالا (22 W·m-1·K-1)، استحکام خمشی بالا (340-400 MPa) و ضریب انبساط حرارتی نسبتاً کم (6.6 × 6.6 ×10) است. K⁻1). همچنین پایداری حرارتی عالی و خواص فیزیکی برتر را نشان می دهد و سازگاری شیمیایی و مکانیکی خوبی با گرافیت و کامپوزیت های C/C دارد. بنابراین، پوشش‌های TaC به طور گسترده در حفاظت حرارتی هوافضا، رشد تک کریستال، الکترونیک انرژی و دستگاه‌های پزشکی استفاده می‌شوند.

کاربرد در تجهیزات نیمه هادی

در حال حاضر، نیمه هادی های پهن باند، که توسط کاربید سیلیکون (SiC) نشان داده می شوند، یک صنعت استراتژیک هستند که به میدان جنگ اقتصادی اصلی خدمت می کنند و نیازهای اصلی ملی را برطرف می کنند. با این حال، نیمه هادی های SiC نیز صنعتی با فرآیندهای پیچیده و تجهیزات بسیار بالا هستند. در میان این فرآیندها، آماده سازی تک کریستال SiC اساسی ترین و حیاتی ترین حلقه در کل زنجیره صنعتی است.

در حال حاضر، متداول‌ترین روش برای رشد کریستال SiC، روش انتقال بخار فیزیکی (PVT) است. در PVT، پودر کاربید سیلیکون در یک محفظه رشد مهر و موم شده در دمای بالاتر از 2300 درجه سانتیگراد و فشار نزدیک به خلاء از طریق گرمایش القایی گرم می شود. این باعث تصعید پودر می شود و یک گاز واکنشی حاوی اجزای مختلف گازی مانند Si، Si2C و SiC2 تولید می کند. این واکنش گاز-جامد یک منبع واکنش تک کریستالی SiC تولید می کند. یک کریستال بذر SiC در بالای محفظه رشد قرار می گیرد. به دلیل فوق اشباع اجزای گازی، اجزای گازی منتقل شده به کریستال دانه به صورت اتمی روی سطح کریستال دانه رسوب می کنند و به یک بلور SiC تبدیل می شوند.

این فرآیند دارای چرخه رشد طولانی است، کنترل آن دشوار است و مستعد نقص هایی مانند میکرولوله ها و انکلوژن ها است. کنترل عیوب بسیار مهم است. حتی تنظیمات یا رانش های جزئی در میدان حرارتی کوره می تواند رشد کریستال ها را تغییر دهد یا عیوب را افزایش دهد. مراحل بعدی چالش دستیابی به کریستال‌های سریع‌تر، ضخیم‌تر و بزرگ‌تر را نشان می‌دهد که نه تنها به پیشرفت‌های نظری و مهندسی، بلکه به مواد میدان حرارتی پیچیده‌تر نیز نیاز دارد.

مواد بوته در میدان حرارتی در درجه اول شامل گرافیت و گرافیت متخلخل است. با این حال، گرافیت به راحتی در دماهای بالا اکسید می شود و توسط فلزات مذاب خورده می شود. TaC دارای پایداری حرارتی عالی و خواص فیزیکی برتر است و سازگاری شیمیایی و مکانیکی خوبی با گرافیت نشان می‌دهد. تهیه یک پوشش TaC بر روی سطح گرافیت به طور موثر مقاومت اکسیداسیون، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و خواص مکانیکی آن را افزایش می دهد. این به ویژه برای رشد تک کریستال های GaN یا AlN در تجهیزات MOCVD و تک بلورهای SiC در تجهیزات PVT مناسب است و کیفیت تک بلورهای رشد یافته را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد.

علاوه بر این، در حین تهیه تک بلورهای کاربید سیلیکون، پس از اینکه منبع واکنش تک کریستالی کاربید سیلیکون از طریق واکنش گاز جامد تولید شد، نسبت استوکیومتری Si/C با توزیع میدان حرارتی تغییر می‌کند. لازم است اطمینان حاصل شود که اجزای فاز گاز بر اساس میدان حرارتی طراحی شده و گرادیان دما توزیع و حمل می شوند. گرافیت متخلخل نفوذپذیری کافی ندارد و برای افزایش آن به منافذ اضافی نیاز دارد. با این حال، گرافیت متخلخل با نفوذپذیری بالا با چالش هایی مانند پردازش، ریختن پودر و اچ کردن مواجه است. سرامیک های متخلخل کاربید تانتالیوم می توانند بهتر به فیلتراسیون اجزای فاز گاز دست یابند، گرادیان دمای محلی را تنظیم کنند، جهت جریان مواد را هدایت کنند و نشت را کنترل کنند.

چونپوشش های TaCمقاومت اسیدی و قلیایی بسیار خوبی در برابر H2، HCl و NH3 نشان می دهد، در زنجیره صنعت نیمه هادی کاربید سیلیکون، TaC همچنین می تواند به طور کامل از مواد ماتریس گرافیت محافظت کند و محیط رشد را در طی فرآیندهای همپایه مانند MOCVD خالص کند.

کاربردها در هوافضا

همانطور که هواپیماهای مدرن مانند وسایل نقلیه هوافضا، موشک ها و موشک ها به سمت سرعت بالا، رانش زیاد و ارتفاع بالا توسعه می یابند، الزامات مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون مواد سطحی آنها در شرایط شدید به طور فزاینده ای سخت می شود. هنگامی که یک هواپیما وارد جو می شود، با محیط های شدید مانند چگالی شار حرارتی بالا، فشار رکود بالا، و سرعت بالای آبشستگی جریان هوا مواجه می شود، در حالی که به دلیل واکنش با اکسیژن، بخار آب و دی اکسید کربن نیز با فرسایش شیمیایی مواجه می شود. در هنگام ورود و خروج هواپیما از جو، هوای اطراف مخروط دماغه و بالهای آن تحت فشار شدید قرار می گیرد و اصطکاک قابل توجهی با سطح هواپیما ایجاد می کند و باعث گرم شدن آن توسط جریان هوا می شود. علاوه بر گرمایش آیرودینامیکی در طول پرواز، سطح هواپیما نیز تحت تأثیر تشعشعات خورشیدی و تشعشعات محیطی قرار می گیرد و باعث می شود دمای سطح به طور مداوم افزایش یابد. این تغییر می تواند به طور جدی عمر مفید هواپیما را تحت تاثیر قرار دهد.

TaC عضوی از خانواده سرامیک های مقاوم در برابر دمای فوق العاده بالا است. نقطه ذوب بالا و پایداری ترمودینامیکی عالی آن باعث شده است که TaC به طور گسترده در قسمت های داغ هواپیما مانند محافظت از پوشش سطح نازل های موتور موشک استفاده شود.

سایر برنامه های کاربردی

TaC همچنین دارای چشم انداز کاربردی گسترده ای در ابزارهای برش، مواد ساینده، مواد الکترونیکی و کاتالیزورها است. به عنوان مثال، افزودن TaC به کاربید سیمانی می تواند رشد دانه را مهار کند، سختی را افزایش دهد و عمر مفید را بهبود بخشد. TaC دارای رسانایی الکتریکی خوبی است و می تواند ترکیبات غیر استوکیومتری را تشکیل دهد که رسانایی آن بسته به ترکیب متفاوت است. این ویژگی TaC را به یک نامزد امیدوارکننده برای کاربرد در مواد الکترونیکی تبدیل می کند. با توجه به هیدروژن زدایی کاتالیزوری TaC، مطالعات روی عملکرد کاتالیزوری TiC و TaC نشان داده است که TaC عملاً هیچ فعالیت کاتالیستی در دماهای پایین‌تر از خود نشان نمی‌دهد، اما فعالیت کاتالیزوری آن به طور قابل توجهی بالای 1000 درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد. تحقیقات بر روی عملکرد کاتالیزوری CO نشان داده است که در دمای 300 درجه سانتیگراد، محصولات کاتالیزوری TaC شامل متان، آب و مقادیر کمی الفین است.

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدمحصولات کاربید تانتالیوم. اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com