Céramiques de carbure de tantale – Un matériau clé dans les semi-conducteurs et l'aérospatiale.

Carbure de tantale (TaC)est un matériau céramique à ultra haute température. Les céramiques à ultra haute température (UHTC) font généralement référence à des matériaux céramiques dont les points de fusion dépassent 3 000 ℃ et utilisés dans des environnements à haute température et corrosifs (tels que les environnements d'atomes d'oxygène) supérieurs à 2 000 ℃, tels que ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2 et HfN.

Le carbure de tantale a un point de fusion aussi élevé que 3880℃, une dureté élevée (dureté Mohs 9-10), une conductivité thermique relativement élevée (22 W·m⁻¹·K⁻¹), une résistance à la flexion élevée (340-400 MPa) et un coefficient de dilatation thermique relativement faible (6,6 × 10⁻⁶ K⁻¹). Il présente également une excellente stabilité thermochimique et des propriétés physiques supérieures, et présente une bonne compatibilité chimique et mécanique avec le graphite et les composites C/C. Par conséquent, les revêtements TaC sont largement utilisés dans la protection thermique aérospatiale, la croissance monocristalline, l’électronique énergétique et les dispositifs médicaux.

Applications dans les équipements semi-conducteurs

Actuellement, les semi-conducteurs à large bande interdite, représentés par le carbure de silicium (SiC), constituent une industrie stratégique au service du principal champ de bataille économique et répondant aux principaux besoins nationaux. Cependant, les semi-conducteurs SiC constituent également une industrie avec des processus complexes et des exigences en matière d'équipement extrêmement élevées. Parmi ces procédés, la préparation de monocristaux de SiC constitue le maillon le plus fondamental et crucial de toute la chaîne industrielle.

Actuellement, la méthode la plus couramment utilisée pour la croissance des cristaux de SiC est la méthode de transport physique de vapeur (PVT). Dans le PVT, la poudre de carbure de silicium est chauffée dans une chambre de croissance scellée à des températures supérieures à 2 300 °C et sous une pression proche du vide grâce au chauffage par induction. Cela provoque la sublimation de la poudre, générant un gaz réactif contenant différents composants gazeux tels que Si, Si₂C et SiC₂. Cette réaction gaz-solide génère une source de réaction monocristalline SiC. Un germe cristallin SiC est placé au sommet de la chambre de croissance. En raison de la sursaturation des composants gazeux, les composants gazeux transportés vers le germe cristallin se déposent atomiquement sur la surface du germe cristallin, se transformant en un monocristal de SiC.

Ce processus a un long cycle de croissance, est difficile à contrôler et est sujet à des défauts tels que des microtubes et des inclusions. Le contrôle des défauts est crucial ; même des ajustements ou des dérives mineurs dans le champ thermique du four peuvent altérer la croissance des cristaux ou augmenter les défauts. Les étapes ultérieures présentent le défi d’obtenir des cristaux plus rapides, plus épais et plus gros, nécessitant non seulement des progrès théoriques et techniques, mais également des matériaux de champ thermique plus sophistiqués.

Les matériaux de creuset dans le domaine thermique comprennent principalement le graphite et le graphite poreux. Cependant, le graphite s’oxyde facilement à haute température et est corrodé par les métaux en fusion. TaC possède une excellente stabilité thermochimique et des propriétés physiques supérieures, présentant une bonne compatibilité chimique et mécanique avec le graphite. La préparation d'un revêtement TaC sur la surface du graphite améliore efficacement sa résistance à l'oxydation, sa résistance à la corrosion, sa résistance à l'usure et ses propriétés mécaniques. Il est particulièrement adapté à la culture de monocristaux de GaN ou d'AlN dans les équipements MOCVD et de monocristaux de SiC dans les équipements PVT, améliorant considérablement la qualité des monocristaux cultivés.

De plus, lors de la préparation de monocristaux de carbure de silicium, une fois la source de réaction monocristalline de carbure de silicium générée par une réaction solide-gaz, le rapport stoechiométrique Si/C varie en fonction de la distribution du champ thermique. Il est nécessaire de garantir que les composants en phase gazeuse sont distribués et transportés conformément au champ thermique et au gradient de température conçus. Le graphite poreux a une perméabilité insuffisante, nécessitant des pores supplémentaires pour l'augmenter. Cependant, le graphite poreux à haute perméabilité est confronté à des défis tels que le traitement, la perte de poudre et la gravure. Les céramiques poreuses en carbure de tantale peuvent mieux réaliser la filtration des composants en phase gazeuse, ajuster les gradients de température locaux, guider la direction du flux de matériau et contrôler les fuites.

Parce queRevêtements TaCprésentent une excellente résistance aux acides et aux alcalis à H2, HCl et NH3, dans la chaîne industrielle des semi-conducteurs en carbure de silicium, TaC peut également protéger complètement le matériau de la matrice de graphite et purifier l'environnement de croissance pendant les processus épitaxiaux tels que MOCVD.

Applications en aérospatiale

À mesure que les avions modernes, tels que les véhicules aérospatiaux, les fusées et les missiles, évoluent vers une vitesse, une poussée élevée et une altitude élevée, les exigences en matière de résistance aux températures élevées et à l'oxydation de leurs matériaux de surface dans des conditions extrêmes deviennent de plus en plus strictes. Lorsqu'un avion entre dans l'atmosphère, il est confronté à des environnements extrêmes tels qu'une densité de flux thermique élevée, une pression de stagnation élevée et une vitesse de récurage élevée du flux d'air, tout en étant également confronté à une ablation chimique due à des réactions avec l'oxygène, la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone. Lors de l'entrée et de la sortie d'un avion de l'atmosphère, l'air autour de son nez et de ses ailes est soumis à une compression intense, générant une friction importante avec la surface de l'avion, provoquant son réchauffement par le flux d'air. En plus de l'échauffement aérodynamique pendant le vol, la surface de l'avion est également affectée par le rayonnement solaire et le rayonnement environnemental, provoquant une augmentation continue de la température de la surface. Ce changement peut sérieusement affecter la durée de vie de l'avion.

TaC fait partie de la famille des céramiques résistantes aux ultra-hautes températures. Son point de fusion élevé et son excellente stabilité thermodynamique rendent le TaC largement utilisé dans les parties chaudes des avions, comme la protection du revêtement de surface des tuyères des moteurs-fusées.

Autres applications

Le TaC présente également de larges perspectives d'application dans les outils de coupe, les matériaux abrasifs, les matériaux électroniques et les catalyseurs. Par exemple, l’ajout de TaC au carbure cémenté peut inhiber la croissance des grains, augmenter la dureté et améliorer la durée de vie. Le TaC possède une bonne conductivité électrique et peut former des composés non stœchiométriques, dont la conductivité varie en fonction de la composition. Cette caractéristique fait du TaC un candidat prometteur pour les applications dans les matériaux électroniques. Concernant la déshydrogénation catalytique du TaC, des études sur les performances catalytiques du TiC et du TaC ont montré que le TaC ne présente pratiquement aucune activité catalytique à des températures plus basses, mais que son activité catalytique augmente de manière significative au-dessus de 1 000 ℃. Des recherches sur les performances catalytiques du CO ont révélé qu'à 300 ℃, les produits catalytiques du TaC comprennent du méthane, de l'eau et de petites quantités d'oléfines.

Semicorex offre des produits de haute qualitéProduits en carbure de tantale. Si vous avez des questions ou avez besoin de détails supplémentaires, n'hésitez pas à nous contacter.

Téléphone de contact # +86-13567891907

Courriel : sales@semicorex.com