硅烷的制備方法
【專利摘要】本發明提供一種硅烷的制備方法，該方法包括：鈉長石分解反應：將鈉長石、螢石、98%的硫酸按照1：1.55～2.57：3.28～4.62的質量比混合，并在100℃～200℃和自生壓力下反應得到固體殘渣和氟化硅氣體；純化氟化硅：對所述氟化硅氣體進行除塵處理，液化所述經除塵后的氟化硅氣體得到氟化硅液體，除去所述氟化硅液體中的氟化氫得到無氟化氫的氟化硅液體，氣化所述無氟化氫的氟化硅液體得到純凈的氟化硅氣體；制備硅烷：將所述純凈的氟化硅氣體通入氫化鋁鈉溶液中反應，得到硅烷產品。本發明提供的上述制備方法主要是利用鈉長石分解后的氣體產物氟化硅和氫化鋁鈉反應來制備硅烷的，提供了一種硅烷的新的、可以連續生產的制備方法。
【專利說明】硅烷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硅烷的制備方法，尤其涉及一種利用鈉長石制備硅烷的方法。
【背景技術】
[0002]目前，微電子技術是現代信息技術和軍事技術的主要基石，是推動科技進步、產業發展、經濟騰飛和社會前進的關鍵因素之一。集成電路是微電子技術的核心，其發展水平和產業規模已成為衡量一個國家經濟實力的重要標志。電子特種氣體(如硅烷)，尤其是高純電子氣體作為電子化工材料這一新門類，是制約集成電路可靠性和成品率的重要因素。隨著電子信息技術的飛速發展，集成度越來越高，對基礎原材料(如硅烷)的純度要求已經提高到了 6N級(99.9999%)，甚至7N以上，因此制備高純電子特種氣體技術更顯得迫在眉睫。而有能力生產6N級以上高純電子氣體的只有少數國家，而高純氣體在電子產品、航空航天、高效太陽能電池、軍事工業方面有著廣泛的應用，硅烷的制備技術尚未完善，制作方法工藝復雜，較難掌握，生產的產品尚不能全面滿足相關電子產品的需要，質量差，問題多，只能用于制造低規格的產品，因此，給用戶帶來了較大的麻煩，這種狀況嚴重地制約了電子技術的發展。原有技術采用三氯氫硅法生產，因為有氯在反應過程中，所以設備的防腐、材質要求非常高，設備投資大，腐蝕快，產品中含有的氯化合物不容易降低，直接影響最終產品的純度。
[0003]鈉長石是長石的一種，是常見的長石礦物，為鈉的鋁硅酸鹽(NaAlSi3O8X鈉長石化學性質比較穩定，一般常溫常壓下除氫氟酸以外幾乎不能被酸堿或氧化劑所分解，所以鈉長石在分解的過程中通常有氟化物產生，如何利用鈉長石分解產物制備硅烷是亟待解決的冋題。
【發明內容】
[0004]由鑒于此，為了解決上述問題，本發明提供一種利用鈉長石分解產物來制備硅烷的方法。
[0005]一種硅烷的制備方法，包括以下步驟:
鈉長石分解反應:將鈉長石、螢石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的質量比混合，并在100°C?200°C和自生壓力下反應得到固體殘渣和氟化硅氣體；
純化氟化硅:對所述氟化硅氣體進行除塵處理，液化所述經除塵后的氟化硅氣體得到氟化硅液體，除去所述氟化硅液體中的氟化氫得到無氟化氫的氟化硅液體，氣化所述無氟化氫的氟化硅液體得到純凈的氟化硅氣體；
制備硅烷:將所述純凈的氟化硅氣體通入氫化鋁鈉溶液中反應，得到硅烷產品。
[0006]基于上述硅烷的制備方法，所述鈉長石分解的步驟包括:在100°C?200°C下對所述鈉長石和螢石預加熱15分鐘?30分鐘，除去其中的水分，得到干燥的鈉長石和螢石原料；再將98%的硫酸加入到所述干燥的鈉長石和螢石原料中反應2小時?5小時得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣和含有氟化硅的氣體生成物。在該步驟中，所述反應溫度可以為100°C、150°C、180°C、200°C，優選為120°C?200°C ;所述反應時間優選為2.5小時?4小時。
[0007]基于上述硅烷的制備方法，所述純化氟化硅的步驟包括:采用除塵過濾器去除所述氟化硅氣體中的粉塵；用水冷凝所述除塵后的氟化硅氣體得到所述氟化硅液體；在采用冰丙酮冷卻的氣體肼去除該氟化硅液體中的雜質氟化氫，得到所述無氟化氫的氟化硅液體；在密閉容器中升華或加壓蒸餾所述無氟化氫的氟化硅液體，制備所述純凈的氟化硅氣體。
[0008]基于上述硅烷的制備方法，所述制備硅烷的步驟包括:所述氟化硅和氫化鋁鈉的反應溫度為200 °C?220 °C。
[0009]基于上述硅烷的制備方法，在所述制備硅烷的步驟中，所述氟化硅和所述氫化鋁鈉的質量比為2?3:40?50。
[0010]基于上述硅烷的制備方法，所述氫化鋁鈉溶液是采用熔融鈉、粉末狀的鋁和氫氣在有機溶劑中反應而制得的。
[0011]基于上述硅烷的制備方法，所述有機溶劑為二甘醇二甲醚或四氫呋喃溶液。
[0012]與現有技術相比，本發明主要是利用鈉長石分解后的氣體產物氟化硅和氫化鋁鈉反應來制備硅烷的，提供了一種硅烷的新的、可以連續生產的制備方法；鈉長石的成本比較低，而且鈉長石的分解反應條件溫和，對設備的要求比較低，而且利用氟化硅氣體變廢為寶，所以，本發明提供的硅烷的制備方法成本比較低，降低了鈉長石分解過程中氟元素的排放量，減少污染環境。另外，本發明采用干燥的鈉長石和螢石與硫酸反應可以提高反應速度和鈉長石的分解率，從而有利于提高所述硅烷的產率。
【具體實施方式】
[0013]下面通過【具體實施方式】，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0014]實施例1
一種硅烷的制備方法，包括以下步驟:
鈉長石分解:先將鈉長石和螢石在10CTC下預加熱30分鐘左右，再加入98%的硫酸使三者在100°C和自生壓力下反應5小時左右，得到含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣和含有氟化硅的氣體生成物，其中，鈉長石、螢石、98%的硫酸的質量比為1:1.55:3.28，反應原理為:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2NaAlSi308 + 24HF + 4H2S04 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16Η 20純化氟化硅:采用除塵過濾器去除所述氟化硅氣體中的粉塵；用水冷凝所述除塵后的氟化硅氣體得到所述氟化硅液體；在采用冰丙酮冷卻的氣體肼去除該氟化硅液體中的雜質氟化氫，得到所述無氟化氫的氟化硅液體；在密閉容器中升華或加壓蒸餾所述無氟化氫的氟化硅液體，制備所述純凈的氟化硅氣體；
制備硅烷:將所述純凈的氟化硅氣體通入氫化鋁鈉的二甘醇二甲醚溶液中，且使氟化硅和氫化鋁鈉溶質的質量比為1:20，并在200°C下發生反應生產硅烷，其反應原理為:NaAlH4 + SiF4 = SiH4 ? + NaAlF40
[0015]實施例2 本實施例與實施例1提供的硅烷的制備方法基本相同，不同之處在于:在鈉長石分解的過程中，預加熱的溫度為150°c，預加熱的時間為20分鐘；反應的溫度為150°C，反應的時間為3.5小時，且鈉長石、螢石、98%的硫酸的質量比為1:2:4 ;在制備硅烷的過程中，氟化硅和氫化鋁鈉溶質的質量比為3:50，反應溫度為220 °C。
[0016]實施例3
本實施例與實施例1提供的硅烷的制備方法基本相同，不同之處在于:在鈉長石分解的過程中，預加熱的溫度為200°C，預加熱的時間為15分鐘；反應的溫度為200°C，反應的時間為2小時，且鈉長石、螢石、98%的硫酸的質量比為1:2.5:4.6 ;在制備硅烷的過程中，氟化娃和氫化鋁鈉溶質的質量比為1:18，反應溫度為210°C。
[0017]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。
【權利要求】
1.一種硅烷的制備方法，包括以下步驟: 鈉長石分解反應:將鈉長石、螢石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的質量比混合，并在100°C?200°C和自生壓力下反應得到固體殘渣和氟化硅氣體； 純化氟化硅:對所述氟化硅氣體進行除塵處理，液化所述經除塵后的氟化硅氣體得到氟化硅液體，除去所述氟化硅液體中的氟化氫得到無氟化氫的氟化硅液體，氣化所述無氟化氫的氟化硅液體得到純凈的氟化硅氣體； 制備硅烷:將所述純凈的氟化硅氣體通入氫化鋁鈉溶液中反應，得到硅烷產品。
2.根據權利要求1所述的硅烷的制備方法，其特征在于:所述鈉長石分解的步驟包括:在100°C?200°C下對所述鈉長石和螢石預加熱15分鐘?30分鐘，除去其中的水分，得到干燥的鈉長石和螢石原料；再將所述98%的硫酸加入到所述干燥的鈉長石和螢石原料中反應2小時?5小時得到所述含有硫酸鈣、硫酸鈉和硫酸鋁的固體殘渣和所述含有氟化硅的氣體生成物。
3.根據權利要求1所述的硅烷的制備方法，其特征在于:所述純化氟化硅的步驟包括:采用除塵過濾器去除所述氟化硅氣體中的粉塵；用水冷凝所述除塵后的氟化硅氣體得到所述氟化硅液體；在采用冰丙酮冷卻的氣體肼去除該氟化硅液體中的雜質氟化氫，得到所述無氟化氫的氟化硅液體；在密閉容器中升華或加壓蒸餾所述無氟化氫的氟化硅液體，制備所述純凈的氟化硅氣體。
4.根據權利要求1所述的硅烷的制備方法，其特征在于:所述制備硅烷的步驟包括:所述氟化娃和氫化鋁鈉的反應溫度為200°C?220°C。
5.根據權利要求1?4所述的硅烷的制備方法，其特征在于:在所述制備硅烷的步驟中，所述氟化硅和所述氫化鋁鈉的質量比為2?3:40?50。
6.根據權利要求1?4所述的硅烷的制備方法，其特征在于:所述氫化鋁鈉溶液是采用熔融鈉、粉末狀的鋁和氫氣在有機溶劑中反應而制得的。
7.根據權利要求6所述的硅烷的制備方法，其特征在于:所述有機溶劑為二甘醇二甲醚或四氫呋喃溶液。
【文檔編號】C01B33/04GK104445209SQ201410701176
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】胡安慧, 付建國, 李英春 申請人:嵩縣中科孵化器有限公司