เซรามิกแทนทาลัมคาร์ไบด์ – วัสดุสำคัญในเซมิคอนดักเตอร์และการบินและอวกาศ

แทนทาลัมคาร์ไบด์ (TaC)เป็นวัสดุเซรามิกที่มีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ เซรามิกอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHTC) โดยทั่วไปหมายถึงวัสดุเซรามิกที่มีจุดหลอมเหลวเกิน 3000°C และใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่น สภาพแวดล้อมอะตอมของออกซิเจน) ที่สูงกว่า 2000°C เช่น ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 และ HfN

แทนทาลัมคาร์ไบด์มีจุดหลอมเหลวสูงถึง 3,880°C, ความแข็งสูง (ความแข็ง Mohs 9–10), ค่าการนำความร้อนค่อนข้างสูง (22 W·m⁻¹·K⁻¹), ความต้านทานแรงดัดงอสูง (340–400 MPa) และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ค่อนข้างต่ำ (6.6 × 10⁻⁶ K⁻¹) นอกจากนี้ ยังมีความเสถียรทางอุณหเคมีที่ดีเยี่ยมและคุณสมบัติทางกายภาพที่เหนือกว่า และมีความเข้ากันได้ทางเคมีและทางกลที่ดีกับกราไฟท์และคอมโพสิต C/C ดังนั้นการเคลือบ TaC จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันความร้อนในการบินและอวกาศ การเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านพลังงาน และอุปกรณ์ทางการแพทย์

การใช้งานในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

ปัจจุบัน เซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้างซึ่งแสดงโดยซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นอุตสาหกรรมเชิงกลยุทธ์ที่ให้บริการในสนามรบทางเศรษฐกิจหลักและตอบสนองความต้องการที่สำคัญของประเทศ อย่างไรก็ตาม เซมิคอนดักเตอร์ SiC ยังเป็นอุตสาหกรรมที่มีกระบวนการที่ซับซ้อนและมีความต้องการอุปกรณ์ที่สูงมาก ในกระบวนการเหล่านี้ การเตรียม SiC ผลึกเดี่ยวคือการเชื่อมโยงพื้นฐานและสำคัญที่สุดในห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมด

ในปัจจุบัน วิธีที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตของผลึก SiC คือวิธีการขนส่งไอทางกายภาพ (PVT) ใน PVT ผงซิลิกอนคาร์ไบด์จะถูกให้ความร้อนในห้องปลูกที่ปิดสนิทที่อุณหภูมิสูงกว่า 2300°C และแรงดันใกล้สุญญากาศผ่านการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ สิ่งนี้ทำให้ผงระเหิดทำให้เกิดก๊าซปฏิกิริยาที่มีส่วนประกอบของก๊าซที่แตกต่างกัน เช่น Si, Si₂C และ SiC₂ ปฏิกิริยาก๊าซและของแข็งนี้สร้างแหล่งกำเนิดปฏิกิริยาผลึกเดี่ยว SiC วางผลึกเมล็ด SiC ไว้ที่ด้านบนของห้องเพาะเลี้ยง ส่วนประกอบที่เป็นก๊าซที่ขนส่งไปยังผลึกเมล็ดพืชจะถูกขับเคลื่อนโดยการอิ่มตัวยวดยิ่งของส่วนประกอบที่เป็นก๊าซ จะถูกสะสมเป็นอะตอมบนพื้นผิวผลึกของเมล็ด และเติบโตเป็นผลึกเดี่ยว SiC

กระบวนการนี้มีวงจรการเติบโตที่ยาวนาน ควบคุมได้ยาก และมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น ท่อไมโครและสารเจือปน การควบคุมข้อบกพร่องถือเป็นสิ่งสำคัญ แม้แต่การปรับเปลี่ยนเล็กน้อยหรือการเบี่ยงเบนในสนามความร้อนของเตาเผาก็สามารถเปลี่ยนการเติบโตของผลึกหรือเพิ่มข้อบกพร่องได้ ขั้นตอนต่อมานำเสนอความท้าทายในการบรรลุผลึกที่เร็วขึ้น หนาขึ้น และมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งไม่เพียงแต่ต้องการความก้าวหน้าทางทฤษฎีและวิศวกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัสดุสนามความร้อนที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วย

วัสดุเบ้าหลอมในสนามความร้อนประกอบด้วยกราไฟท์และกราไฟท์ที่มีรูพรุนเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม กราไฟท์จะถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายที่อุณหภูมิสูงและกัดกร่อนด้วยโลหะหลอมเหลว TaC มีความเสถียรทางอุณหเคมีที่ดีเยี่ยมและคุณสมบัติทางกายภาพที่เหนือกว่า โดยแสดงความเข้ากันได้ทางเคมีและทางกลที่ดีกับกราไฟท์ การเตรียมการเคลือบ TaC บนพื้นผิวกราไฟท์จะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ และคุณสมบัติทางกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปลูกผลึกเดี่ยว GaN หรือ AlN ในอุปกรณ์ MOCVD และผลึกเดี่ยว SiC ในอุปกรณ์ PVT ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพของผลึกเดี่ยวที่ปลูกอย่างมีนัยสำคัญ

นอกจากนี้ ในระหว่างการเตรียมผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์ หลังจากที่แหล่งกำเนิดปฏิกิริยาผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกสร้างขึ้นผ่านปฏิกิริยาของแข็ง-ก๊าซ อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ของ Si/C จะแปรผันตามการกระจายตัวของสนามความร้อน จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบในเฟสก๊าซมีการกระจายและขนส่งตามสนามความร้อนที่ออกแบบและการไล่ระดับอุณหภูมิ กราไฟท์ที่มีรูพรุนมีการซึมผ่านไม่เพียงพอ จึงต้องเพิ่มรูพรุนเพื่อเพิ่ม อย่างไรก็ตาม กราไฟท์ที่มีรูพรุนซึ่งมีความสามารถในการซึมผ่านสูงต้องเผชิญกับความท้าทายต่างๆ เช่น การแปรรูป การหลุดร่อนของผง และการกัดกรด เซรามิกแทนทาลัมคาร์ไบด์ที่มีรูพรุนสามารถกรององค์ประกอบเฟสก๊าซได้ดีขึ้น ปรับการไล่ระดับอุณหภูมิเฉพาะที่ กำหนดทิศทางการไหลของวัสดุ และควบคุมการรั่วไหล

เพราะการเคลือบ TaCมีความทนทานต่อกรดและด่างต่อ H2, HCl และ NH3 ได้ดีเยี่ยม ในห่วงโซ่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ TaC ยังสามารถปกป้องวัสดุเมทริกซ์กราไฟท์ได้อย่างสมบูรณ์ และทำให้สภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตบริสุทธิ์ในระหว่างกระบวนการเอพิแทกเซียล เช่น MOCVD

การประยุกต์ใช้งานในการบินและอวกาศ

ในขณะที่เครื่องบินสมัยใหม่ เช่น ยานพาหนะการบินและอวกาศ จรวด และขีปนาวุธ พัฒนาไปสู่ความเร็วสูง แรงขับสูง และระดับความสูงที่สูง ข้อกำหนดสำหรับการต้านทานอุณหภูมิสูงและความต้านทานต่อออกซิเดชันของวัสดุพื้นผิวภายใต้สภาวะที่รุนแรงเริ่มมีความเข้มงวดมากขึ้น เมื่อเครื่องบินเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เครื่องบินจะเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนสูง ความดันเมื่อยล้าสูง และความเร็วการไหลเวียนของอากาศสูง ขณะเดียวกันก็ต้องเผชิญกับการระเหยด้วยสารเคมีเนื่องจากปฏิกิริยากับออกซิเจน ไอน้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ ในระหว่างการเข้าและออกจากชั้นบรรยากาศของเครื่องบิน อากาศรอบๆ กรวยจมูกและปีกของเครื่องบินจะถูกบีบอัดอย่างรุนแรง ทำให้เกิดการเสียดสีกับพื้นผิวเครื่องบินอย่างมาก ส่งผลให้เครื่องบินได้รับความร้อนจากการไหลของอากาศ นอกจากการให้ความร้อนตามหลักอากาศพลศาสตร์ในระหว่างการบินแล้ว พื้นผิวเครื่องบินยังได้รับผลกระทบจากรังสีดวงอาทิตย์และการแผ่รังสีสิ่งแวดล้อม ส่งผลให้อุณหภูมิพื้นผิวสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเปลี่ยนแปลงนี้อาจส่งผลกระทบร้ายแรงต่ออายุการใช้งานของเครื่องบิน

TaC เป็นสมาชิกของกลุ่มเซรามิกทนอุณหภูมิสูงพิเศษ จุดหลอมเหลวที่สูงและความเสถียรทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่ยอดเยี่ยมทำให้ TaC ใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนปลายร้อนของเครื่องบิน เช่น การปกป้องการเคลือบพื้นผิวของหัวฉีดเครื่องยนต์จรวด

แอปพลิเคชั่นอื่น ๆ

นอกจากนี้ TaC ยังมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในเครื่องมือตัด วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน วัสดุอิเล็กทรอนิกส์ และตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น การเติม TaC ลงในซีเมนต์คาร์ไบด์สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรน เพิ่มความแข็ง และปรับปรุงอายุการใช้งานได้ TaC มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีและสามารถสร้างสารประกอบที่ไม่ใช่ปริมาณสัมพันธ์ โดยค่าการนำไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ คุณลักษณะนี้ทำให้ TaC เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานในวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ ในส่วนของการเร่งปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันของ TaC การศึกษาเกี่ยวกับประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของ TiC และ TaC แสดงให้เห็นว่า TaC แทบจะไม่มีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำกว่า แต่กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของ TaC เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเหนือ 1,000 ℃ การวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของ CO เปิดเผยว่าที่อุณหภูมิ 300°C ผลิตภัณฑ์ตัวเร่งปฏิกิริยาของ TaC ประกอบด้วยมีเทน น้ำ และโอเลฟินส์ในปริมาณเล็กน้อย

Semicorex นำเสนอคุณภาพสูงผลิตภัณฑ์แทนทาลัมคาร์ไบด์. หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com