Gốm sứ cacbua Tantalum – Vật liệu chính trong chất bán dẫn và hàng không vũ trụ.

Cacbua tantali (TaC)là một vật liệu gốm nhiệt độ cực cao. Gốm nhiệt độ cực cao (UHTC) thường đề cập đến vật liệu gốm có điểm nóng chảy trên 3000oC và được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn (như môi trường nguyên tử oxy) trên 2000oC, chẳng hạn như ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 và HfN.

Tantalum cacbua có điểm nóng chảy cao tới 3880oC, độ cứng cao (độ cứng Mohs 9–10), độ dẫn nhiệt tương đối cao (22 W·m⁻¹·K⁻¹), độ bền uốn cao (340–400 MPa) và hệ số giãn nở nhiệt tương đối thấp (6,6 × 10⁻⁶ K⁻¹). Nó cũng thể hiện sự ổn định nhiệt hóa tuyệt vời và các tính chất vật lý vượt trội, đồng thời có khả năng tương thích cơ học và hóa học tốt với vật liệu tổng hợp than chì và C/C. Do đó, lớp phủ TaC được sử dụng rộng rãi trong bảo vệ nhiệt hàng không vũ trụ, tăng trưởng tinh thể đơn, điện tử năng lượng và thiết bị y tế.

Ứng dụng trong thiết bị bán dẫn

Hiện nay, chất bán dẫn dải rộng, đại diện là silicon cacbua (SiC), là một ngành chiến lược phục vụ chiến trường kinh tế chính và giải quyết các nhu cầu lớn của quốc gia. Tuy nhiên, chất bán dẫn SiC cũng là một ngành có quy trình phức tạp và yêu cầu thiết bị cực kỳ cao. Trong số các quy trình này, việc chuẩn bị đơn tinh thể SiC là mắt xích cơ bản và quan trọng nhất trong toàn bộ chuỗi công nghiệp.

Hiện nay, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để phát triển tinh thể SiC là phương pháp Vận chuyển hơi vật lý (PVT). Trong PVT, bột cacbua silic được nung nóng trong buồng tăng trưởng kín ở nhiệt độ trên 2300°C và áp suất gần như chân không thông qua gia nhiệt cảm ứng. Điều này làm cho bột thăng hoa, tạo ra khí phản ứng chứa các thành phần khí khác nhau như Si, Si₂C và SiC₂. Phản ứng khí-rắn này tạo ra nguồn phản ứng đơn tinh thể SiC. Một tinh thể hạt SiC được đặt ở phía trên buồng tăng trưởng. Được thúc đẩy bởi sự quá bão hòa của các thành phần khí, các thành phần khí được vận chuyển đến tinh thể hạt được lắng đọng nguyên tử trên bề mặt tinh thể hạt, phát triển thành một tinh thể đơn SiC.

Quá trình này có chu kỳ phát triển dài, khó kiểm soát và dễ bị khuyết tật như ống siêu nhỏ và tạp chất. Kiểm soát khiếm khuyết là rất quan trọng; ngay cả những điều chỉnh nhỏ hoặc sự chênh lệch trong trường nhiệt của lò cũng có thể làm thay đổi sự phát triển của tinh thể hoặc làm tăng các khuyết tật. Các giai đoạn sau đặt ra thách thức trong việc đạt được các tinh thể nhanh hơn, dày hơn và lớn hơn, không chỉ đòi hỏi những tiến bộ về mặt lý thuyết và kỹ thuật mà còn cả các vật liệu trường nhiệt phức tạp hơn.

Vật liệu nấu chảy trong trường nhiệt chủ yếu bao gồm than chì và than chì xốp. Tuy nhiên, than chì dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao và bị ăn mòn bởi kim loại nóng chảy. TaC sở hữu độ ổn định nhiệt hóa tuyệt vời và các tính chất vật lý vượt trội, thể hiện khả năng tương thích cơ học và hóa học tốt với than chì. Chuẩn bị lớp phủ TaC trên bề mặt than chì giúp tăng cường hiệu quả khả năng chống oxy hóa, chống ăn mòn, chống mài mòn và các tính chất cơ học của nó. Nó đặc biệt thích hợp để phát triển các tinh thể đơn GaN hoặc AlN trong thiết bị MOCVD và các tinh thể đơn SiC trong thiết bị PVT, cải thiện đáng kể chất lượng của các tinh thể đơn phát triển.

Hơn nữa, trong quá trình điều chế các tinh thể đơn cacbua silic, sau khi nguồn phản ứng đơn tinh thể cacbua silic được tạo ra thông qua phản ứng khí rắn, tỷ lệ cân bằng hóa học Si/C thay đổi theo sự phân bố trường nhiệt. Cần đảm bảo rằng các thành phần pha khí được phân phối và vận chuyển theo trường nhiệt và gradient nhiệt độ được thiết kế. Than chì xốp có độ thấm không đủ, cần có thêm lỗ chân lông để tăng độ thấm. Tuy nhiên, than chì xốp có độ thấm cao phải đối mặt với những thách thức như xử lý, đổ bột và ăn mòn. Gốm cacbua tantalum xốp có thể lọc thành phần pha khí tốt hơn, điều chỉnh độ dốc nhiệt độ cục bộ, hướng dòng vật liệu và kiểm soát rò rỉ.

Bởi vìlớp phủ TaCthể hiện khả năng kháng axit và kiềm tuyệt vời đối với H2, HCl và NH3, trong chuỗi công nghiệp bán dẫn cacbua silic, TaC cũng có thể bảo vệ hoàn toàn vật liệu ma trận than chì và làm sạch môi trường phát triển trong các quá trình epiticular như MOCVD.

Ứng dụng trong hàng không vũ trụ

Khi máy bay hiện đại, chẳng hạn như phương tiện hàng không vũ trụ, tên lửa và tên lửa, phát triển theo hướng tốc độ cao, lực đẩy cao và độ cao lớn, các yêu cầu về khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa của vật liệu bề mặt của chúng trong điều kiện khắc nghiệt ngày càng trở nên nghiêm ngặt. Khi máy bay đi vào bầu khí quyển, nó phải đối mặt với những môi trường khắc nghiệt như mật độ dòng nhiệt cao, áp suất đình trệ cao và tốc độ quét luồng không khí cao, đồng thời phải đối mặt với sự phân hủy hóa học do phản ứng với oxy, hơi nước và carbon dioxide. Trong quá trình máy bay bay vào và thoát ra khỏi bầu khí quyển, không khí xung quanh mũi và cánh của nó bị nén mạnh, tạo ra ma sát đáng kể với bề mặt máy bay, khiến nó bị luồng khí làm nóng lên. Ngoài sức nóng khí động học trong quá trình bay, bề mặt máy bay còn bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời và bức xạ môi trường khiến nhiệt độ bề mặt liên tục tăng cao. Sự thay đổi này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ sử dụng của máy bay.

TaC là thành viên của dòng gốm chịu nhiệt độ cực cao. Điểm nóng chảy cao và độ ổn định nhiệt động tuyệt vời khiến TaC được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận nóng của máy bay, chẳng hạn như bảo vệ lớp phủ bề mặt của vòi phun động cơ tên lửa.

Ứng dụng khác

TaC cũng có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các dụng cụ cắt, vật liệu mài mòn, vật liệu điện tử và chất xúc tác. Ví dụ, thêm TaC vào cacbua xi măng có thể ức chế sự phát triển của hạt, tăng độ cứng và cải thiện tuổi thọ sử dụng. TaC có tính dẫn điện tốt và có thể tạo thành các hợp chất không cân bằng hóa học, với độ dẫn điện thay đổi tùy theo thành phần. Đặc điểm này khiến TaC trở thành ứng cử viên đầy triển vọng cho các ứng dụng trong vật liệu điện tử. Liên quan đến quá trình khử hydro xúc tác của TaC, các nghiên cứu về hiệu suất xúc tác của TiC và TaC đã chỉ ra rằng TaC hầu như không có hoạt tính xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn, nhưng hoạt tính xúc tác của nó tăng đáng kể trên 1000oC. Nghiên cứu về hiệu suất xúc tác của CO đã tiết lộ rằng ở 300oC, sản phẩm xúc tác của TaC bao gồm metan, nước và một lượng nhỏ olefin.

Semicorex cung cấp chất lượng caoSản phẩm cacbua tantali. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com