[发明专利]一种低成本高纯六硼化硅生产工艺

说明书

一种低成本高纯六硼化硅生产工艺，将三氧化二硼和硼氢化钾，在氩气保护，球磨混料后，压制成块，装入真空碳管炉中，抽空，750℃保温5小时；升温至1250℃，继续保温，直至炉内压力微正压，还原反应彻底结束，将得到石墨坩埚内的单体硼和氢氧化钾混合体，放入蒸馏水加热清洗，烘干，得到硼粉；将硼粉和硅粉球磨混料后，装入自蔓延反应釜中，反应釜抽空，真空度到1帕，送电升温钨丝，点燃锆粉，进行高温自蔓延化合反应，反应结束，降温，除杂，得到高纯六硼化硅。以三氧化二硼和硼氢化钾为原料，原料成本相对较低，且整个工艺合理可控，生产出的六硼化硅的纯度为99.5％，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种低成本高纯六硼化硅生产工艺。

背景技术

硼(B)是轻元素，可以与ⅣA族元素形成化合物六硼化硅。六硼化硅具有优良的热电性能，其电导率从室温到1000K为10/Ω·㎝-200/Ω·㎝，其作为高温热电材料热端使用温度可达1200℃；六硼化硅的共价键程度比碳化物更高，因此其具有很高的硬度上；六硼化硅的惰性很强，化学性能稳定；总之六硼化硅具有高电导、高熔点、高硬度和高稳定性的特点，可以广泛应用于电子和军工方面。

CN 106082250A公开了“一种六硼化硅粉末制备方法”，步骤是：将平均粒度＜10μm硅粉和＜20μm的硼粉按配比称重，球磨混合均匀，装入陶瓷坩埚，装入合成炉，通入氩气并滴入SiCl₄，加热到1500-1600℃，冷却后球磨得到所需的SiB₆粉末。该方法能制备化学纯度高、物相纯净的单相SiB₆粉末。但以单质硼粉为原料，生产成本高，且对原料硅粉和硼粉的细度要求较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺合理，对原料细度要求不高，原料易得的低成本高纯六硼化硅生产工艺。

一种低成本高纯六硼化硅生产工艺，具体步骤如下：

(1)将三氧化二硼和硼氢化钾按照摩尔比为1:2放入星际球磨机，冲入氩气保护，球磨混料时间保证12小时，达到机械合金化，得到混制粉料；

(2)将混制粉料按照500克每份，用315吨油压机压制，压制压力不小于25兆帕，保证粉料致密结合在一起，能充分发生置换化和反应，得到压制块料；

(3)将压制块料，按照每炉装料量10公斤装入石墨坩埚，放入真空碳管炉中，抽空，真空度到3Pa，送电升温，750℃开始发生还原反应，随着反应缓慢生成氢气和水蒸气，炉内压力由负压逐步生成正压，正压到0.5Pa，人工手动开启泄压阀，把生成水蒸气和氢气排出，以免压力过高，发生泄压阀冲开，保温5小时；5小时后温度升高至1250℃，继续保温，直至炉内压力微正压，不再有过量气体排出，还原反应结束，石墨坩埚内剩余是单体硼和氢氧化钾混合体；

(4)将石墨坩埚内的单体硼和氢氧化钾混合体，放入白钢器皿中放入蒸馏水，加温50℃，反复清洗3次，将氢氧化钾洗出，剩余单体硼烘干，得到纯度≥99.9硼粉；

(5)硼粉和硅粉按照摩尔比6：1混合放入星际球磨机，冲入氩气保护，球磨混料时间保证24小时，达到机械合金化；

(6)混制好的硼粉和硅粉，装入石墨坩埚中，每次装入量50公斤，放入自蔓延反应釜中，坩埚粉体上面加入100克锆粉作为点火剂，所述锆粉500目、活性锆含量为95％以上；反应釜抽空，真空度到1帕，送电升温，钨丝点燃锆粉，使硼粉和硅粉高温自蔓延化合反应，化合结束，降温，将点火剂锆粉和粉体接触部分清除，得到高纯六硼化硅。

进一步的，三氧化二硼纯度为99.5％，细度为325目。

进一步的，硼氢化钾纯度为99.9％，细度为400目。

进一步的，硅粉纯度为99.999％，细度为500目。

进一步的，所述六硼化硅的纯度为99.5％。