01章_硅和锗的化学制备选读.pptVIP

第一章 硅和锗的化学制备;一 物理性质比较;二 化学性质;自然界，Si —SiO2和硅酸盐;地球上存在的天然二氧化硅称为（统称为）硅石;玛 瑙;石英;水晶;二氧化硅的用途;GeO2特性： 有两种晶型;Si+2Cl2=SiCl4 Si+3HCl=SiHCl3＋H2 Ge+2Cl2=GeCl4 GeO2+4HCl=GeCl4+2H2O ;SiCl4、SiHCl3、SiH4的物理化学特性见表1.2;SiCl4 SiHCl3;2、Si、Ge高温下可与H2O、O2反应;4、硅（锗）镁合金与无机酸或卤氨盐作用制硅（锗）烷;5、SiH4特性 　　 (a) 活性高，空气中自然，与液氧混合在-190℃低温下发生爆炸;;1-2 高纯硅的制备;粗硅的制备反应式： SiO2 + 3C ====== SiC + 2 CO (1) 2SiC + SiO2 ====== 3Si + 2 CO (2) 总反应： SiO2 + 2C ====== Si + 2CO 反应温度下硅是气相，然后凝固成固相 ;中间产物碳化硅的用途 碳化硅又称为“人造金刚石”，是良好导热，耐磨材料。 1.有色金属冶炼工业 利用碳化硅具有耐高温，强度大，导热性能好，抗冲击的特性，作高温间接加热材料，如坚罐蒸馏炉。精馏炉塔盘，铝电解槽，铜熔化炉内衬，锌粉炉用弧型板，热电偶保护管等。 2. 钢铁工业方面的应用 利用碳化硅的耐腐蚀，抗热冲击，耐磨损，导热好的特点，用于大型高炉内衬。;3.冶金工业的应用 碳化硅硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能，是耐磨管道，叶轮，泵室，矿斗内衬的理想材料。其耐磨性能是铸铁，橡胶使用寿命的5-20倍，也是航空飞行跑道的理想材料之一。 4.建材陶瓷，砂轮工业方面的应用 利用其导热系数高，热辐射、高热强度大的特性，制备薄板窑具，不仅能减少窑具容量，还提高了窑炉的装容量和产品质量，缩短了生产周期，是陶瓷釉面烘烤烧结的理想间接材料。 5.节能方面的应用 利用其良好的导热和热稳定性，作热交换器，燃耗减少20%，节约燃料35%，使生产率提高20-30%;化学提纯制备高纯硅的方法： 1、SiHCl3氢还原法 优点：产量大、质量高、成本低 是目前国内外制取高纯硅的主要方法。 2、SiH4法 优点：有效除去硼和金属杂质、无腐蚀性、 不需要还原剂、分解温度低和收益高，是有前途的方法。 缺点：易爆炸，不安全。 3、SiCl4氢还原法——硅收益低，不常用。 但在Si外延生长中有使用SiCl4做Si源。 ;单晶、多晶和非晶体原子排列 ;制备方法 单晶硅按晶体生长方法的不同，主要分为直拉法（CZ）和区熔法（FZ）。;概念;单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池的差异;;1-2-1 三氯氢硅氢还原法;SiHCl3的制备;为了减少副产物，生产中要控制： （1）反应温度280-300℃。 （2）向反应炉中通一定量的H2，H2/HCl=1/3-5之间。 （3）硅粉与HCl在进入反应炉前要充分干燥，并且 硅粉的粒度控制在0.18-0.12mm。 （4）合成时加入少量催化剂（铜、银、镁合金）， 可降低合成温度和提高SiHCl3产量。;三氯氢硅的提纯 工业Si合成的SiHCl3中含有一定量的SiCl4和多种杂质的氯化物，必须除去。 提纯的方法：络合物形成法、固体吸附法、部分水解法和精馏法（常用） SiHCl3提纯的主要方法就是精馏。可将SiHCl3的纯度从97%—98%提纯到9个“9”到10个“9”，精馏装置见图1-2 ;三氯氢硅的提纯 精馏提纯的原理： 1．蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异来 分离液体混合物的传质过程。 （各组分的沸点见表3） 2．精馏：多次部分汽化，多次部分冷凝。;简单蒸馏又称微分蒸馏 简单蒸馏的基本流程如图所示。 一定量的原料液投入蒸馏釜 中，在恒定压力下加热气化，陆续产生的蒸汽进入冷凝器，经冷凝后的液体（又称馏出液）根据不同要求放入不同的产品罐中。 由于整个蒸馏过程中，气相的组成和液相的组成都是不断降低的，所以每个罐子收集的溶液的组成是不同的，因此混合液得到了初步的分离。 因上述流程很简单，故称其为简单蒸馏，它是较早的一种蒸馏方式。;精馏原理 右图是一个典型的板式连续精馏塔。塔内有若干层塔板，每一层就是一个接触级，它为气液两相提供传质场所。总体来看，全塔自塔底向上气相中易挥发组分浓度逐级增加；自塔顶向下液相中难挥发组分浓度逐级增加。因此只要有足够多的塔板数，就能在塔顶得到高纯度的易挥发组分Ａ，塔底得到高纯度的难