| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО КАРБИДА КРЕМНИЯ (57) Реферат: Изобретение может быть использовано в химической промышленности для получения аморфного и поликристаллического карбида кремния. Высокодисперсный карбид кремния получают осаждением из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана при температуре 600-800°С. В качестве карбосилана используют насыщенный перхлоркарбосилан, выбранный из ряда Si4 CCl12, Si6C 2Cl16, Si8C 3Cl20, C4Si 10Cl24, Si12 C5Cl28. Заявленный способ позволяет получить карбид кремния с размером кристаллитов не более 5 нм, с высокой степенью конверсии исходных соединений, без образования коррозионных и взрывоопасных соединений. 1 табл. Изобретение относится к неорганической химии, конкретно к получению аморфного и поликристаллического карбида кремния путем термической деструкции соединений, содержащих в своем составе только углерод, кремний и хлор, и может быть использовано для получения порошков, покрытий и объемных матриц. Известен способ получения покрытий карбида кремния, заключающийся в пропускании смеси силана (SiH4) и различных углеводородов, например С3Н8, в восстановительной атмосфере водорода над подложкой, нагретой до температуры свыше 1500°С [патент US 3520740, 1970]. Термическое взаимодействие силана и углеродсодержащих компонентов приводит к осаждению из газовой фазы карбида кремния в виде поликристаллического покрытия. Основными недостатками этого метода являются высокая температура синтеза и низкая степень конверсии исходных летучих компонентов. Кроме того, все три исходных продукта взрывоопасны, а токсичность легколетучего силана делает технологию весьма сложной для промышленного применения. Известен способ получения покрытий карбида кремния для микроэлектроники путем осаждения из газовой фазы, содержащей метилтрихлорсилан и водород (патент FR 2403296, 1979). Подложка поликристаллического карбида кремния при температуре 1000-1700°С обдувается смесью H 2 и CH3SiCl3 . В результате термического разложения метилтрихлорсилана на подложке осаждаются частицы -SiC размером 600 нм. Недостатками этого способа являются: высокая удельная энергоемкость; образование химически активных и коррозионных продуктов (HCl, Cl2 , SiHхClу и др.); низкая удельная поверхность получаемых частиц (3,3 м 2/г). Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения композиционного материала, включающий осаждение карбида кремния из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана, а именно метилсилана (СН3SiH 3), в атмосфере инертного газа (патент RU 2130509, 1999). Процесс ведется при температуре 600-800°С, в результате чего образуется кристаллический -SiC. Поскольку основным побочным продуктом синтеза является водород, процесс ведут при низких концентрациях метилсилана в инертном газе носителе, что существенно увеличивает время синтеза. Кроме того, химическая устойчивость и высокая летучесть метилсилана приводят к низкой степени конверсии (максимально 60% при 750°С) и, как следствие, усложнению технологического процесса. Изобретение направлено на разработку способа получения карбида кремния с размером кристаллитов не более 5 нм, с высокой степенью конверсии и выходом целевого продукта при температурах 600-800°С, без образования коррозионных и взрывоопасных соединений, что позволяет использовать карбид кремния в виде порошков, покрытий и объемных матриц композиционных материалов. Технический результат достигается тем, что предложен способ получения высокодисперсного карбида кремния при температуре 600-800°С, включающий осаждение карбида кремния из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана, согласно изобретению в качестве карбосилана используют насыщенный перхлоркарбосилан, выбранный из ряда Si 4CCl12, Si6 C2Cl16, Si 8C3Cl20, C 4Si10Cl24, Si12C5Cl 28. Заявленный способ отличается тем, что указанные перхлорокарбосиланы при температурах 600-800°С являются летучими, легко разлагающимися соединениями и подвергаются полной деструкции с образованием высокодисперсного карбида кремния в конденсированной фазе и химически стабильного в широком температурном интервале тетрахлорида кремния (SiCl4) в газовой фазе. В нижеприведенной таблице представлена зависимость мольного соотношения продуктов термической деструкции от стехиометрического состава исходных перхлоркарбосиланов.
Термическая деструкция перхлорокарбосиланов при температуре 600-700°С приводит к образованию аморфного карбида кремния, что установлено методом рентгенофазового анализа. При температурах 700-800°С карбид кремния осаждается в поликристаллическом виде. Кристаллическая структура по данным дифракции рентгеновского излучения соответствует кубической модификации ( -SiC) со средним размером кристаллитов около 3 нм, что соответствует удельной поверхности поликристаллического покрытия не менее 400 м2/г. Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами. Пример 1. Все заявленные перхлоркарбосиланы получают согласно методике [Rich. Muller und H.Beyer, Chem. Ber. v.92, p.1018, 1959] путем пропускания паров четыреххлористого углерода над порошком кремния и меди при температуре 300-400°С, очищают от низкокипящих фракций (SiCl4, CCl 4, Si2Cl6, C2Cl4, SiCl 3CCl3). Затем любое из указанных соединений возгоняют в атмосфере аргона и подвергают термической деструкции при атмосферном давлении и температуре 650°С в трубчатом кварцевом реакторе. Осаждение конденсированных продуктов на внутреннюю поверхность кварцевого реактора происходит в двух термических зонах: непосредственно в реакционной зоне осаждается аморфный карбид кремния светло-серого цвета, в холодной части - аморфный углерод. Разложение перхлоркарбосиланов при данной температуре протекает полностью со степенью конверсии 100% с образованием в газовой фазе только SiCl4 , что было установлено химическим анализом твердого конденсата на стенках реактора. Полученный материал по данным дифракции рентгеновского излучения представляет собой кристаллиты со средним размером менее 1 нм. Пример 2. Термическая деструкция любого из указанных перхлоркарбосиланов проводится в трубчатом кварцевом реакторе при температуре 750°С в атмосфере аргона при прочих равных условиях по примеру 1. Осаждение конденсированных продуктов также происходит в двух термических зонах реактора: в реакционной зоне осаждается карбид кремния серого цвета, в холодной части - аморфный углерод. Методом дифракции рентгеновского излучения выявлено, что полученный карбид кремния кубической модификации со средним размером кристаллитов 3 нм. Разложение перхлоркарбосиланов при данной температуре протекает также полностью с образованием в газовой фазе только SiCl4 , что установлено методом химического анализа. Заявленный способ обладает следующими преимуществами: - использование перхлоркарбосиланов позволяет добиться полной конверсии исходных соединений для получения высокодисперсного карбида кремния путем химического осаждения из газовой фазы при достаточно низкой температуре синтеза; - в процессе синтеза не образуется химически активных, взрывоопасных и коррозионных продуктов из ряда: HCl, Cl 2, SiHxClx, Н2, СРЦ и др.; - размер и структура осаждаемых кристаллитов карбида кремния варьируется температурным режимом от размера менее 1 нм (аморфная форма) до 3 нм (поликристаллическая форма -SiC).
Способ получения высокодисперсного карбида кремния при температуре 600-800°С, включающий осаждение карбида кремния из газовой фазы путем термической деструкции карбосилана, отличающийся тем, что в качестве карбосилана используют насыщенный перхлоркарбосилан, выбранный из ряда Si4CCl 12, Si6C2Cl 16, Si8C3Cl 20, C4Si10Cl 24, Si12C5Cl 28. MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе Дата прекращения действия патента: 13.02.2016 Дата публикации: 27.09.2016 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||