一種利用機械化學法制備硅粉體的方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種利用機械化學法制備硅粉體的方法
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]硅材料憑借其獨特的物理化學性能成為目前很多領(lǐng)域研究的熱點，是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料。硅在地殼中硅是除氧以外含量最多的元素，然而它極少以單質(zhì)的形式在自然界出現(xiàn)。目前已經(jīng)工業(yè)化的硅制備方法主要有:改良三氯氫硅氫還原法，即在1100°C左右的高純硅芯上用高純氫還原高純?nèi)葰涔?，生成多晶硅沉積在硅芯上。硅烷法，即將SiH4氣體導入硅烷分解爐，在800?900°C的發(fā)熱硅芯上分解并沉積出高純多晶硅。流化床法，以SiCl4、H2、HCl、工業(yè)Si粉為原料，在流化床內(nèi)經(jīng)多步連續(xù)反應(yīng)生成SiCl4、SiH4氣體和SiHCl 3等產(chǎn)物。其中，制取的SiH4在流化床反應(yīng)爐內(nèi)進行熱分解即得到多晶硅。這幾種制備方法成本高，對制備條件要求都高，并且在生產(chǎn)過程中能耗大，產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，原料的一次利用率低，還具有一定危險性。因此，開發(fā)一種高效、經(jīng)濟、安全、環(huán)境友好的硅制備方法具有重要意義。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡單、高效無毒、易于工業(yè)化實施的制備硅粉體材料的新方法。
[0004]本發(fā)明所述的硅粉體是以金屬氫化物與鹵化硅為原料通過機械化學反應(yīng)合成，具體技術(shù)方案如下:
[0005]—種硅粉體的制備方法，包括如下步驟:
[0006](1)在保護氣氛下，往球磨罐中加入鹵化硅、金屬氫化物和磨球，其中鹵化硅和金屬氫化物的摩爾比為1:2?1:6，然后將球磨罐密封；
[0007](2)在密封球磨罐中，使鹵化硅和金屬氫化物在室溫、球磨轉(zhuǎn)速為100?500rpm的條件下進行球磨反應(yīng)，球磨時間為1?24h ;
[0008](3)球磨反應(yīng)結(jié)束后，先收集球磨罐內(nèi)的氫氣，然后取出球磨罐內(nèi)的粉體；
[0009](4)粉體先酸洗，接著水洗至洗滌液為中性；
[0010](5)洗后的粉體經(jīng)干燥、冷卻即得到單質(zhì)硅粉體。
[0011]本發(fā)明中，原料鹵化硅和金屬氫化物的純度均不低于90%。
[0012]所述步驟(1)中，所述的鹵化硅為四氟化硅、四氯化硅、四溴化硅和四碘化硅中的一種或幾種的組合。
[0013]所述步驟(1)中，所述的金屬氫化物為堿金屬和/或堿土金屬的氫化物，如氫化鋰、氫化鈉、氫化鉀、氫化鎂、氫化1丐等中的一種或幾種的混合物。
[0014]所述步驟(1)中，所述的金屬氫化物和鹵化硅的總質(zhì)量與磨球的總質(zhì)量之比為1:10 ?1:80。
[0015]所述步驟(1)中，所述的保護氣氛為不能與金屬氫化物和鹵化硅反應(yīng)的干燥氣體，如氬氣、氦氣、氮氣、氮氣/氬氣混合氣體等。
[0016]所述步驟(2)中，所述的室溫是指溫度在0?40°C之間。
[0017]所述步驟(2)中，球磨時間優(yōu)選為12?24h。
[0018]所述步驟(4)中，所述的酸洗使用稀酸，比如稀鹽酸、稀硫酸等，其濃度小于20%(質(zhì)量分數(shù))。
[0019]優(yōu)選的，本發(fā)明所述的硅粉體的制備方法由步驟(1)?(5)組成。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果主要體現(xiàn)在:
[0021]—、本發(fā)明中利用金屬氫化物和鹵化硅在機械球磨下生產(chǎn)單質(zhì)硅，副產(chǎn)物氫氣也容易收集利用，是一種資源合理利用的環(huán)保行為；
[0022]二、所用的原材料來源廣泛，制備工藝簡單，高效，易于工業(yè)化實施；
[0023]二、本發(fā)明制得的娃粉體純度尚、品質(zhì)好。
(四)
【附圖說明】
[0024]圖1是實施例1制得的硅粉體材料的XRD圖譜。
[0025](五)具體實施方法
[0026]下面以具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。
[0027]實施例1
[0028]在氬氣氣氛保護下，將0.7g氫化鋰和1.3g四氯化硅均勻混合后加入到球磨罐中。然后將磨球放入球磨罐后密封。其中磨球質(zhì)量與物料質(zhì)量比為20:1。在室溫條件下，使球磨罐于500rpm的轉(zhuǎn)速連續(xù)球磨反應(yīng)20h，取出之后用5%濃度的稀鹽酸洗滌3遍，并用去離子水洗至溶液為中性。干燥、冷卻所得粉體即為硅粉體(純度大于95% )。
[0029]實施例2
[0030]在氮氣氣氛保護下，將1.12g氫化鎂和0.88g四氯化硅均勻混合后加入到球磨罐中。然后將磨球放入球磨罐后密封。其中磨球質(zhì)量與物料質(zhì)量比為60:1。在室溫條件下，使球磨罐于450rpm的轉(zhuǎn)速連續(xù)球磨反應(yīng)24h，取出之后用8%濃度的稀鹽酸洗滌3遍，并用去離子水洗至溶液為中性。干燥、冷卻所得粉體即為硅粉體(純度大于95% )。
[0031]實施例3
[0032]在氬氣氣氛保護下，將1.23g氫化鈣和3.47g四溴化硅均勻混合后加入到球磨罐中。然后將磨球放入球磨罐后密封。其中磨球質(zhì)量與物料質(zhì)量比為40:1。在室溫條件下，使球磨罐于550r/min的轉(zhuǎn)速連續(xù)球磨反應(yīng)15h，取出之后用％濃度的稀鹽酸洗滌3遍，并用去離子水洗至溶液為中性。干燥、冷卻所得粉體即為硅粉體(純度大于93% )。
【主權(quán)項】
1.一種硅粉體的制備方法，包括如下步驟: (1)在保護氣氛下，往球磨罐中加入鹵化硅、金屬氫化物和磨球，其中鹵化硅和金屬氫化物的摩爾比為1:2?1:6，然后將球磨罐密封； (2)在密封球磨罐中，使鹵化硅和金屬氫化物在室溫、球磨轉(zhuǎn)速為100?500rpm的條件下進行球磨反應(yīng)，球磨時間為1?24h ; (3)球磨反應(yīng)結(jié)束后，先收集球磨罐內(nèi)的氫氣，然后取出球磨罐內(nèi)的粉體； (4)粉體先酸洗，接著水洗至洗滌液為中性； (5)洗后的粉體經(jīng)干燥、冷卻即得到單質(zhì)硅粉體。2.如權(quán)利要求1所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:所述的硅粉體的制備方法由步驟⑴?(5)組成。3.如權(quán)利要求1或2所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:原料鹵化硅和金屬氫化物的純度均不低于90%。4.如權(quán)利要求1或2所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中，所述的鹵化硅為四氟化硅、四氯化硅、四溴化硅和四碘化硅中的一種或幾種的組合。5.如權(quán)利要求1或2所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中，所述的金屬氫化物為堿金屬和/或堿土金屬的氫化物。6.如權(quán)利要求5所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:所述的金屬氫化物是氫化鋰、氫化鈉、氫化鉀、氫化鎂、氫化1丐中的一種或幾種的混合物。7.如權(quán)利要求1或2所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中，所述的金屬氫化物和鹵化硅的總質(zhì)量與磨球的總質(zhì)量之比為1:10?1:80。8.如權(quán)利要求1或2所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，球磨時間為12?24ho9.如權(quán)利要求1或2所述的硅粉體的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中，所述的酸洗使用質(zhì)量分數(shù)小于20%的稀鹽酸或稀硫酸。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用機械化學法制備硅粉體的方法，所述方法包括如下步驟：(1)在保護氣氛下，往球磨罐中加入鹵化硅、金屬氫化物和磨球，其中鹵化硅和金屬氫化物的摩爾比為1:2～1:6，然后將球磨罐密封；(2)在密封球磨罐中，使鹵化硅和金屬氫化物在室溫、球磨轉(zhuǎn)速為100～500rpm的條件下進行球磨反應(yīng)，球磨時間為1～24h；(3)球磨反應(yīng)結(jié)束后，先收集球磨罐內(nèi)的氫氣，然后取出球磨罐內(nèi)的粉體；(4)粉體先酸洗，接著水洗至洗滌液為中性；(5)洗后的粉體經(jīng)干燥、冷卻即得到單質(zhì)硅粉體。本發(fā)明所述的硅粉體的制備方法具有工藝簡單、高效無毒、易于工業(yè)化實施的優(yōu)點。
【IPC分類】C01B33/027
【公開號】CN105271238
【申請?zhí)枴緾N201510797202
【發(fā)明人】許浩輝, 梁初, 夏陽, 陶新永, 張文魁, 甘永平, 黃輝, 張俊
【申請人】浙江工業(yè)大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月18日