سيراميك كربيد التنتالوم – مادة أساسية في أشباه الموصلات والفضاء.

كربيد التنتالوم (TaC)هي مادة سيراميك تتحمل درجات الحرارة العالية جدًا. يشير السيراميك ذو درجة الحرارة العالية جدًا (UHTCs) عمومًا إلى المواد الخزفية ذات نقاط انصهار تتجاوز 3000 درجة مئوية وتستخدم في البيئات ذات درجة الحرارة العالية والتآكل (مثل بيئات ذرة الأكسجين) فوق 2000 درجة مئوية، مثل ZrC وHfC وTaC وHfB2 وZrB2 وHfN.

يتمتع كربيد التنتالوم بنقطة انصهار تصل إلى 3880 درجة مئوية، وصلابة عالية (صلابة موس 9-10)، وموصلية حرارية عالية نسبيًا (22 واط·م⁻¹·ك⁻¹)، وقوة انثناء عالية (340-400 ميجا باسكال)، ومعامل منخفض نسبيًا للتمدد الحراري (6.6 × 10⁻⁶ كلفن¹). كما أنه يُظهر أيضًا استقرارًا كيميائيًا حراريًا ممتازًا وخصائص فيزيائية فائقة، وله توافق كيميائي وميكانيكي جيد مع الجرافيت ومركبات C/C. لذلك، يتم استخدام طلاءات TaC على نطاق واسع في الحماية الحرارية للطيران، ونمو البلورة الواحدة، وإلكترونيات الطاقة، والأجهزة الطبية.

التطبيقات في معدات أشباه الموصلات

في الوقت الحالي، تعد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة، ممثلة بكربيد السيليكون (SiC)، صناعة استراتيجية تخدم ساحة المعركة الاقتصادية الرئيسية وتلبي الاحتياجات الوطنية الرئيسية. ومع ذلك، فإن أشباه الموصلات SiC هي أيضًا صناعة ذات عمليات معقدة ومتطلبات معدات عالية للغاية. ومن بين هذه العمليات، يعد إعداد بلورة مفردة من SiC هو الرابط الأساسي والأكثر أهمية في السلسلة الصناعية بأكملها.

حاليًا، الطريقة الأكثر استخدامًا لنمو بلورات SiC هي طريقة نقل البخار الفيزيائي (PVT). في PVT، يتم تسخين مسحوق كربيد السيليكون في غرفة نمو مغلقة عند درجات حرارة أعلى من 2300 درجة مئوية وضغط قريب من الفراغ من خلال التسخين التعريفي. يؤدي هذا إلى تسامي المسحوق، مما يؤدي إلى توليد غاز تفاعلي يحتوي على مكونات غازية مختلفة مثل Si، وSi₂C، وSiC₂. ينتج عن تفاعل الغاز والصلب هذا مصدر تفاعل أحادي البلورة من SiC. يتم وضع بلورة بذور SiC في الجزء العلوي من غرفة النمو. مدفوعًا بالتشبع الفائق للمكونات الغازية، يتم ترسيب المكونات الغازية المنقولة إلى بلورة البذرة ذريًا على سطح بلورة البذرة، وتنمو لتصبح بلورة مفردة من كربيد السيليكون.

تتمتع هذه العملية بدورة نمو طويلة، ويصعب التحكم فيها، وتكون عرضة للعيوب مثل الأنابيب الدقيقة والشوائب. السيطرة على العيوب أمر بالغ الأهمية؛ حتى التعديلات الطفيفة أو الانجرافات في المجال الحراري للفرن يمكن أن تغير نمو البلورات أو تزيد من العيوب. تمثل المراحل اللاحقة التحدي المتمثل في تحقيق بلورات أسرع وأكثر سمكًا وأكبر حجمًا، الأمر الذي لا يتطلب تقدمًا نظريًا وهندسيًا فحسب، بل يتطلب أيضًا مواد مجال حراري أكثر تطورًا.

تشمل المواد البوتقة في المجال الحراري في المقام الأول الجرافيت والجرافيت المسامي. ومع ذلك، يتأكسد الجرافيت بسهولة عند درجات حرارة عالية ويتآكل بالمعادن المنصهرة. يتمتع TaC بثبات كيميائي حراري ممتاز وخواص فيزيائية فائقة، مما يُظهر توافقًا كيميائيًا وميكانيكيًا جيدًا مع الجرافيت. يؤدي إعداد طلاء TaC على سطح الجرافيت إلى تعزيز مقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل والخصائص الميكانيكية بشكل فعال. إنها مناسبة بشكل خاص لزراعة بلورات GaN أو AlN المفردة في معدات MOCVD وبلورات SiC المفردة في معدات PVT، مما يحسن بشكل كبير جودة البلورات المفردة المزروعة.

علاوة على ذلك، أثناء تحضير بلورات كربيد السيليكون المفردة، بعد أن يتم إنشاء مصدر التفاعل البلوري المفرد كربيد السيليكون من خلال تفاعل الغاز الصلب، تختلف نسبة العناصر المتكافئة Si/C مع توزيع المجال الحراري. ومن الضروري التأكد من توزيع مكونات الطور الغازي ونقلها وفقاً للمجال الحراري المصمم وتدرج درجة الحرارة. الجرافيت المسامي ليس لديه نفاذية كافية، مما يتطلب مسام إضافية لزيادة نفاذيته. ومع ذلك، يواجه الجرافيت المسامي ذو النفاذية العالية تحديات مثل المعالجة، وتساقط المسحوق، والنقش. يمكن لسيراميك كربيد التنتالوم المسامي تحقيق ترشيح مكونات الطور الغازي بشكل أفضل، وضبط تدرجات درجة الحرارة المحلية، وتوجيه اتجاه تدفق المواد، والتحكم في التسرب.

لأنطلاءات تاكيُظهر مقاومة ممتازة للأحماض والقلويات لـ H2 وHCl وNH3، في سلسلة صناعة أشباه الموصلات من كربيد السيليكون، ويمكن لـ TaC أيضًا حماية مادة مصفوفة الجرافيت بشكل كامل وتنقية بيئة النمو أثناء العمليات الفوقي مثل MOCVD.

تطبيقات في الفضاء الجوي

مع تطور الطائرات الحديثة، مثل المركبات الفضائية والصواريخ والقذائف، نحو السرعة العالية والدفع العالي والارتفاعات العالية، أصبحت متطلبات مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة للمواد السطحية في ظل الظروف القاسية أكثر صرامة. عندما تدخل الطائرة الغلاف الجوي، فإنها تواجه بيئات قاسية مثل كثافة التدفق الحراري العالية، وضغط الركود العالي، وسرعة تنظيف تدفق الهواء العالية، بينما تواجه أيضًا الاجتثاث الكيميائي بسبب التفاعلات مع الأكسجين وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون. أثناء دخول الطائرة وخروجها من الغلاف الجوي، يتعرض الهواء المحيط بمقدمتها وأجنحتها لضغط شديد، مما يولد احتكاكًا كبيرًا مع سطح الطائرة، مما يؤدي إلى تسخينها عن طريق تدفق الهواء. بالإضافة إلى التسخين الديناميكي الهوائي أثناء الطيران، يتأثر سطح الطائرة أيضًا بالإشعاع الشمسي والإشعاع البيئي، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة السطح بشكل مستمر. يمكن أن يؤثر هذا التغيير بشكل خطير على عمر خدمة الطائرة.

يعتبر TaC عضوًا في عائلة السيراميك المقاومة لدرجات الحرارة العالية جدًا. إن نقطة انصهاره العالية واستقراره الديناميكي الحراري الممتاز يجعل من TaC مستخدمًا على نطاق واسع في الأجزاء الساخنة من الطائرات، مثل حماية الطلاء السطحي لفوهات محرك الصاروخ.

تطبيقات أخرى

تتمتع TaC أيضًا بآفاق تطبيق واسعة في أدوات القطع والمواد الكاشطة والمواد الإلكترونية والمحفزات. على سبيل المثال، إضافة TaC إلى الكربيد الأسمنتي يمكن أن يمنع نمو الحبوب، ويزيد من الصلابة، ويحسن عمر الخدمة. يمتلك TaC موصلية كهربائية جيدة ويمكن أن يشكل مركبات غير متكافئة، مع اختلاف الموصلية اعتمادًا على التركيب. هذه الخاصية تجعل TaC مرشحًا واعدًا للتطبيقات في المواد الإلكترونية. فيما يتعلق بإزالة الهيدروجين الحفزي لـ TaC، أظهرت الدراسات التي أجريت على الأداء التحفيزي لـ TiC وTaC أن TaC لا يُظهر أي نشاط حفاز تقريبًا عند درجات حرارة منخفضة، لكن نشاطه الحفاز يزيد بشكل ملحوظ فوق 1000 درجة مئوية. كشفت الأبحاث التي أجريت على الأداء التحفيزي لثاني أكسيد الكربون أنه عند درجة حرارة 300 درجة مئوية، تشتمل المنتجات الحفزية لـ TaC على الميثان والماء وكميات صغيرة من الأوليفينات.

تقدم Semicorex جودة عاليةمنتجات كربيد التنتالوم. إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال رقم +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com