[发明专利]一种四氟化硅的制备及纯化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氟化硅的制备及纯化方法，属于氟化工、电子工业气体领域。

背景技术

四氟化硅(SiF₄)在电子和半导体行业中主要用于氮化硅、硅化钽等的蚀刻剂、P型掺杂 剂、外延沉积扩散硅源等，还可用于制备电子级硅烷或硅。四氟化硅还可用作光导纤维用高 纯石英玻璃的原料，它在高温火焰中水解可产生具有高比表面积的热沉SiO₂。此外，四氟化 硅还广泛用于制备太阳能电池、氟硅酸和氟化铝、化学分析、氟化剂、油井钻探、镁合金浇 铸、催化剂、蒸熏剂、水泥及人造大理石的硬化剂等。在预制水泥中使用四氟化硅后，可增 进其耐蚀性和耐磨性，改善其孔隙度和增加压缩强度。

1771年Scheele通过氢氟酸与二氧化硅的反应，首次制成四氟化硅。迄今为止，四氟化 硅的制备方法通常为以下几种：

(1)萤石硫酸反应制备四氟化硅，化学反应方程式如下：

2CaF₂+2H₂SO₄+SiO₂→2CaSO₄+SiF₄+2H₂O；

这种方法的生产过程中有水(H₂O)生成，得到的四氟化硅(SiF₄)气体会迅速与水发生 反应生成硅氧化物，容易造成四氟化硅水解，并引入(SiF₃)₂O和HF等杂质，从而影响四氟化 硅气体的纯度。萤石中含有的多种杂质，也将带入到四氟化硅中，将影响四氟化硅纯度；其 中，四氟化硅(SiF₄)气体与水发生反应的化学反应方程式如下：

2SiF₄+H₂O→(SiF₃)₂O+2HF；

所述方法不足之处为：反应物为多种物质的混合物，成份比较复杂，产出的四氟化硅杂 质比较多，要去除其中的杂质，所投入的成本比较高，而且并非连续式生产，因此产能较低， 产出的固体生成物，酸度比较大，生成物不易处理；对环境污染比较严重。

(2)氟硅酸盐或氟硅酸与浓硫酸反应制备四氟化硅：

化学反应方程式举例如下：

CaSiF₆+H₂SO₄→SiF₄+CaSO₄+2HF；

H₂SiF₆+H₂SO₄→SiF₄+H₂SO₄+2HF；

所述方法得到的产物是硫酸盐、四氟化硅气体以及氢氟酸(HF)，由于反应物氟硅酸盐 和氟硅酸多是磷矿石或磷肥工业生产过程中的副产品，因此含有多种杂质，将带入到产物四 氟化硅中，将影响四氟化硅纯度。

(3)热分解法制备四氟化硅：

生产四氟化硅的热分解法是指在高于热分解温度下对金属氟硅酸盐，例如Na₂SiF₆、 BaSiF₆等进行热分解。所述方法需进行热处理使氟硅酸盐脱水，生产的四氟化硅有很高的纯 度和产率。但是热分解产物如NaF、KF等易于附于炉壁，且能耗比较大，有结晶水存在，易 引起其他杂质的生成。

化学反应方程式举例如下：

Na₂SiF₆→SiF₄+2NaF；

除了上述三种四氟化硅制备方法，现有技术中还包括如下的制备方法：

中国专利CN200580027190中公开在等离子体反应器的焰炬中，将二氧化硅(SiO₂)在 1100℃～1200℃下用元素氟F₂氟化生产四氟化硅。该专利通过等离子体反应器的焰炬制备， 特殊的设备限制了其应用。