三氟化硼的製備方法
2023-07-16 13:28:31 2
專利名稱:三氟化硼的製備方法
本發明涉及一種三氟化硼氣體，特別是四氟化矽含量很低的三氟化硼氣體的製備方法。
目前較好的方法是由氟硼酸鈉(或氟硼酸鉀)在600～700℃(或800～900℃)熱分解製得三氟化硼。反應方程式如下(《化學試劑》4卷4期P251～252，1982)
商品氟硼酸鈉和氟硼酸鉀中含有較多(2000～4000PPM)的二氧化矽雜質。由於二氧化矽雜質的存在，三氟化硼的製備過程中有下述反應發生。
這就使得三氟化硼氣體中含有較多(約3000PPM以上)的四氟化矽氣體，三氟化硼中的四氟化矽應用目前已有技術很難除掉。三氟化硼氣體是電子工業的重要原料，三氟化硼中四氟化矽的含量直接影響電子器件質量，大規模集成電路的製造，要求所用三氟化硼氣體中四氟化矽的含量最好在20PPM以下。而上述方法生產的三氟化硼顯然不能滿足目前電子工業對該氣體的純度要求。
本發明的目的在於提供一種用氟硼酸鈉(或氟硼酸鉀)熱分解，製備含微量(＜20PPM)四氟化矽的三氟化硼氣體的方法。
本發明提供的方法為，在450～600℃(氟硼酸鈉為原料)或650～800℃(氟硼酸鉀為原料)溫度下預除四氟化矽。
本發明提出的三氟化硼製備方法，可以用氟硼酸鈉或氟硼酸鉀為原料，最好是用氟酸硼酸鈉。下面以氟硼酸鈉為原料對本發明的方法加以說明。
氟硼酸鈉的分解反應，在600～700℃下進行較適宜。根據氟硼酸鈉分解平衡壓力公式(Kirk-Othmcr Encyclopedia of chemical Engineering Vol.10 P693～706)LogpmmHg＝-3650T-1+6.63氟硼酸鈉在600℃分解時，其分解平衡壓力為0.36×105Pa(絕壓)。當溫度低於600℃時，分解平衡壓力更低。因此反應(A)在450～600℃下達到平衡時，只產生少量的三氟化硼。而反應(C)在350℃時開始發生，溫度高於450℃時反應迅速(Boron Trifluoride and Its Derivation P34，1949)。那麼，在450～600℃的溫度範圍內維持一段時間(其長短決定產品中四氟化矽含量)，使產生的少量三氟化硼與原料中的二氧化矽充分反應，使絕大部分二氧化矽轉化成四氟化矽氣體，然後抽掉這段反應產生的氣體，即達到除去四氟化矽的目的。這段預除四氟化矽的反應為一段反應。接著，將溫度控制在600～700℃，這時主要反應為(A)，連續收集產品即可得到三氟化硼，其中四氟化矽含量可以控制得很低。這段反應稱為二段反應。氟硼酸鉀的熔點比氟硼酸鈉約高200℃。因此，氟硼酸鉀為原料的各段反應的溫度，均以高於相應的氟硼酸鈉為原料的各段反應溫度200℃為宜。
以市售分析純氟硼酸鈉和氟硼酸鉀為原料，實施本發明方法的結果如下(所用原料為北京化工廠生產，二者的二氧化矽含量均為2000PPM)
三氟化硼產品中的四氟化矽含量用751型分光光度計(上海分析儀器廠生產)比色測得。
從上表數據中可以看出，在反應條件相近時，用本發明方法製備的三氟化硼氣體中，四氟化矽的含量小於20PPM，如果延長一段反應時間，可使四氟化矽含量更低;而沒有採用預除四氟化矽的方法製得的三氟化硼氣體中，四氟化矽含量為3000PPM左右。從表中數據可看出，一段反應的溫度偏高時，反應時間縮短，但三氟化硼產品的收率降低。
用本發明方法製得的三氟化硼氣體中，四氟化矽的含量可以控制在20PPM以下，從而滿足了電子工業的需要，解決了三氟化硼的提純問題。該方法工藝簡單，易於控制，特別適用於規模較小的高純三氟化硼氣體的製備。
附圖為本發明方法的工藝流程圖。系統中的連接管件、管道、閥門及反應器、貯氣鋼瓶均用不鏽鋼材料。
本發明使用帶擋板(4)和裝料口(6)的反應器(2);裝料口用法蘭連接，以聚四氟乙烯墊做密封件。反應器上端設冷卻水夾套(3)，以預冷高溫產品氣和保護聚四氟乙烯密封墊，反應器用坩堝電阻爐(1)加熱。反應器內溫度用熱電偶(5)測量;各部分壓力分別用壓力表(8)、(11)和(13)測量，真空度由測真空熱電偶管(19)測量。氣體產品利用液氮冷阱(16)採用溫差傳質方法收集。閥(17)控制尾氣放空，閥(7)控制置換系統用的高純氮氣，所用原料和反應器在使用前要充分乾燥。
實施例稱取200克二氧化矽含量為2000PPM的氟硼酸鈉(北京化工廠產品)，放入反應器(2)中，封閉裝料口(6)。開閥(9)，用真空泵(18)對反應器抽空3分鐘。用坩堝電阻爐(1)加熱，使反應器升溫至300℃，恆溫抽空至真空度達3.0×10-2乇，關閥(9)。反應器繼續升溫至595℃，恆溫20分鐘，開閥(9)抽空3分鐘，關閥(9)，將反應器溫度升至700℃，開閥(10)、(12)和貯氣鋼瓶閥(14)，使產品進入放在液氮冷阱(16)中，並經抽空處理的貯氣鋼瓶(15)。維持40分鐘後，關閥(14)、(12)和(10)。從冷阱中取出貯氣鋼瓶，使其自然升溫至常溫後，取樣分析得三氟化硼中四氟化矽含量為18.5PPM。
權利要求
一種用氟硼酸鈉(或氟硼酸鉀)在600～700℃(或800～900℃)溫度下熱分解製備三氟化硼的方法，本發明的特徵在於在450～600℃(或650～800℃)溫度下預除四氟化矽。
專利摘要
一種四氟化矽含量很低的三氟化硼的製備方法。用氟硼酸鈉(或氟硼酸鉀)在600～700℃(或800～900℃)熱分解製備三氟化硼，在450～600℃(或650～800℃)預除四氟化矽。該方法可使四氟化矽含量控制在20ppm以下，工藝簡單，易於控制，特別適用於規模較小的高純三氟化硼製備。
文檔編號C01B35/00GK86104416SQ86104416
公開日1987年11月11日 申請日期1986年6月28日
發明者朱心才, 嶽明亮 申請人:化工部光明化工研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan