СПОСОБ ХЛОРИРОВАНИЯ КРЕМНИЯ

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для анализа кристаллического кремния и получения чистого хлорида кремния.
Для хлорирования кремния использовали четыреххлористый углерод, который заранее был насыщен парами НF. Процесс хлорирования проводили в аналитическом автоклаве при температуре 240°С. В результате хлорирования образуется хлорид кремния и углерод, который удерживает примеси состава кремния. Изучены оптимальные условия хлорирования кремния с четыреххлористым углеродом. Проведен элементный анализ продуктов хлорирования.
Предложенный способ можно использовать для получения безводного хлорида кремния.
Полученный концентрат примесей на углеродной основе можно использовать для анализа кремния методом атомно-эмиссионной спектрометрии с дуговым источником возбуждения атомов.
/

Изобретение относится к области химии, и может быть использовано для анализа кристаллического кремния и получения чистого хлорида кремния.
В качестве прототипа выбран способ хлорирования кремния газообразный хлором. Суть этого способа заключается в том, что сплав ферросилиция, содержащего не менее 35% кремния, измельчают на куски величиной 1 – 2 мм, загружают в реакционную трубку и помешают в печь. Подогрев осуществляется в начале процесса. По достижении температуры 200°С обогрев прекращают и через трубку пропускают ток сухого хлора. Выход четыреххлористого кремния в зависимости от температуры хлорирования, достигается до 92% при 500°С и выше [1].
К недостаткам этого способа относятся:
 Сложности получения газообразного хлора;
 Сложности техники хлорирования.
Цель изобретения заключается в разработке способа хлорирования кремния с применением хлорорганических соединений при повышенном давлении и температуры.
Сущность изобретения заключается в хлорировании кремния с четыреххлористым углеродом, насыщенными парами НF.
По данному способу для хлорирования кремния в качестве хлорирующего реагента использовали четыреххлористый углерод. Кристаллический кремний после измельчения помешают в реакционную емкость аналитического автоклава и добавляют хлорирующий реагент- четыреххлористый углерод, который заранее насыщали парами НF. Реакционная емкость с содержимым закрепляется в металлическом корпусе автоклава и его нагревают в течение 6 часов при 240°С. В результате кристаллический кремний хлорируется с образованием жидкого SiCl4 и аморфного углерода. Затем автоклав охлаждают до комнатной температуры и разгерметизируют.
Образовавшийся SiCl4, который кипит при 57,7°С, отделяется от продукта реакции простой отгонкой. Температура кипения CCl4 - 76,8°С.
Предпологается что хлорирование кремния проходит по следующей схеме:
Si + CCl4 → SiCl4 + C

Результат элементного анализа показал, что в продуктах реакции имеется углерод. В результате рентгенофазового анализа продуктов хлорирования не обнаружено кристаллических форм образу-ющихся соединений. Это свидетельствует о том, что в результате хлорирования кремния образуется аморфный углерод.
Экспериментально было установлено, что процесс хлорирования начинается при 220 0С, однако для полного хлорирования требуется много времени. При температуре менее чем 220°С процесс хлорирования не происходит, при повышении температуры до 240°С полное хлорирование 200 мг кремния проходит в течение 6 часов.
Аморфный углерод, который образуется в результате хлорирования кремния, обладает сорбционной способностью и удерживает примеси элементов состава кремния. Его можно легко отделять от образующего в результате хлорирования SiCl4 и не прореагировавшего СCl4, путем нагревания при 60 – 70°С.
Предложенный способ можно использовать для анализа кремния. Для этого после хлорирования кремния аморфный углерод, который сорбирует примеси состава кремния, отделяют от жидкого SiCl4 и СCl4 путем нагревания при температуре 60–70°С и анализируют методом атомно- эмиссионного анализа.
Предложенный способ также может быть использован для получения безводного SiCl4. Для этого после хлорирования кремния жидкую часть продукта реакции, состоящей из смеси хлорида кремния и не прореагировавшего CCl4, наливают в сосуд перегонного аппарата и нагревают при 58 – 60°С. Хлорид кремния кипит при температуре 57,7 0С, переходит в газовую фазу и конденсируется в приемнике перегонного аппарата. Прореагировавший CCl4, который кипит при температуре 76,8°С, остается в сосуде перегонного аппарата.
Эффективность предложенного способа заключается в том, что для его осуществления используется только один реагентчетырехлористый углерод. Полученный таким способом четырехлористый кремний обходится намного дешевле, по сравнению с известным способам. Концентрат примесей на углеродной основе, который образуется при хлорировании, с успехом можно применять для определения примесей в составе кремния методом атомно-эмиссионного анализа.

1. К.А. Андрианов. Кремний органические со-единения. М. 1955