我國(guó)目前制備多晶硅主要采用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法.由于三氯氫硅還原法具有一定優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用.其簡(jiǎn)化的工藝流程如圖所示:
反應(yīng)①:Si(粗)+3HCl(g)
SiHCl
3(l)+H
2(g)
反應(yīng)②:SiHCl
3+H
2 Si(純)+3HCl
(1)制備三氯氫硅的反應(yīng)為:Si(s)+3HCl(g)═SiHCl
3(g)+H
2(g);△H=-210kJ?mol
-1.伴隨的副反應(yīng)有:Si(s)+4HCl(g)═SiCl
4(g)+2H
2(g);△H=-241kJ?mol
-1.SiCl
4在一定條件下與H
2反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為SiHCl
3,反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:SiCl
4(g)+H
2(g)═SiHCl
3(g)+HCl(g);△H=
+31kJ?mol-1
+31kJ?mol-1
.
(2)假設(shè)在每一輪次的投料生產(chǎn)中,硅元素沒(méi)有損失,反應(yīng)①HCl中的利用率為75%,反應(yīng)②中和H
2的利用率為80%.則在下一輪次的生產(chǎn)中,需補(bǔ)充投入HCl和H
2的體積比是
4:1
4:1
.
(3)由于SiH
4具有易提純的特點(diǎn),因此硅烷熱分解法是制備高純硅很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ǎI(yè)上廣泛采用的合成硅烷方法是讓硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質(zhì)中反應(yīng)得到硅烷,化學(xué)方程式是
Mg2Si+4NH4Cl═SiH4↑+2MgCl2+4NH3↑
Mg2Si+4NH4Cl═SiH4↑+2MgCl2+4NH3↑
;
整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水,否則反應(yīng)將不能生成硅烷,而是生成硅酸和氫氣等,其化學(xué)方程式為
Mg2Si+4NH4Cl+3H2O═2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑
Mg2Si+4NH4Cl+3H2O═2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑
;
整個(gè)系統(tǒng)還必須與氧隔絕,其原因是
由于硅烷在空氣中易燃,濃度高時(shí)容易發(fā)生爆炸
由于硅烷在空氣中易燃,濃度高時(shí)容易發(fā)生爆炸
.
(4)若將硅棒與鐵棒用導(dǎo)線相連浸在氫氧化鈉溶液中構(gòu)成原電池,則負(fù)極的電極反應(yīng)式為:
Si+6OH--4e-=SiO32-+3H2O
Si+6OH--4e-=SiO32-+3H2O
(5)硅能用于合成硅橡膠,右圖是硅橡膠中的一種,其主要優(yōu)點(diǎn)是玻璃化溫度低,耐輻射性能好,則該硅橡膠的化學(xué)式為
(C24H18SiO2)n
(C24H18SiO2)n
.