روشهای تهیه پودر بور آمورف
پودر بور آمورف عمدتاً با شش روش اصلی تهیه میشود: کاهش حرارتی فلز، کاهش هیدروژن هالید بور، سنتز پلاسما، پیرولیز بوران، الکترولیز، سنتز خود انتشار در دمای بالا و کاهش حرارتی سیلیکون . در میان آنها، کاهش حرارتی منیزیم بیشترین کاربرد را در صنعت دارد، در حالی که سنتز پلاسما و کاهش هیدروژن تری کلرید بور برای محصولات با خلوص بالا و نانو ترجیح داده میشوند.
۱. کاهش حرارتی منیزیم (روش صنعتی رایج، کمهزینه)
اصل
اسید بوریک را آبگیری کنید تا تری اکسید بور تهیه شود، سپس آن را با منیزیم در دمای بالا کاهش دهید.
فرآیند
اسید بوریک → آبگیری → انیدرید بور → مخلوط کردن با پودر منیزیم → کاهش در دمای بالا در دمای ۸۵۰-۹۵۰ درجه سانتیگراد → محصول بور خام → اسیدشویی با اسید هیدروکلریک → شستشو با آب → تصفیه ثانویه → خشک کردن → الک کردن.
مزایا و معایب
- مزایا: هزینه پایین، تولید انبوه پایدار، اندازه ذرات 0.5 تا 2 میکرومتر، خلوص 92 تا 98 درصد.
- معایب: حاوی اکسید منیزیم و ناخالصیهای بور-منیزیم است که نیاز به خالصسازی عمیق دارد؛ رسیدن به خلوص درجه الکترونیکی دشوار است.
۲. کاهش هیدروژن بور هالید (اولین انتخاب برای خلوص بالا و گرید الکترونیکی)
اصل
تری کلرید بور با خلوص بالا در شرایط فاز گازی با دمای بالا با هیدروژن واکنش داده و بور آمورف تشکیل میدهد.
دمای واکنش: ۱۲۰۰-۱۵۰۰ درجه سانتیگراد
مزایا و معایب
- مزایا: خلوص بالا تا 99.9%-99.999%، محتوای ناخالصی بسیار کم، اندازه ذرات قابل کنترل 0.1-1 میکرومتر، ایدهآل برای آلایش نیمههادیها.
- معایب: تجهیزات گرانقیمت، تری کلرید بور بسیار سمی و خورنده است، هزینه تولید بالا.
۳. روش سنتز پلاسما (نانو با خلوص بالا)
اصل
تری کلرید بور و هیدروژن فوراً تحت قوس پلاسمای فوق العاده بالا واکنش نشان میدهند، خنک شدن سریع مانع از تبلور میشود تا مستقیماً پودر بور نانو آمورف سنتز شود.
مزایا و معایب
- مزایا: اندازه ذرات نانو، فعالیت شیمیایی بالا، خلوص بالا، ساختار آمورف پایدار.
- معایب: تجهیزات پیچیده، مصرف انرژی بالا، ظرفیت تولید محدود در مقیاس بزرگ.
۴. روش پیرولیز بوران (تولید آزمایشگاهی و در مقیاس کوچک با خلوص بالا)
اصل
دیبوران در دمای ۴۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد پیرولیز میشود تا بور آمورف تولید کند؛ بور کریستالی وقتی دما از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بالاتر رود، تشکیل میشود.
ویژگیها
با خلوص تا 99.99٪ و اندازه ذرات فوق ریز موجود است؛ دیبوران سمی، خودسوز و قابل انفجار است و فقط برای تحقیقات آزمایشگاهی و تولید در مقیاس کوچک قابل استفاده است.
۵. روش الکترولیز نمک مذاب (درجه ویژه و هستهای)
اصل
فلوئوروبورات را به عنوان الکترولیت مذاب در نظر بگیرید، بور آمورف از طریق الکترولیز در دمای ۷۰۰-۸۰۰ درجه سانتیگراد روی کاتد رسوب میکند.
ویژگیها
خلوص به ۹۵٪ تا ۹۸٪ میرسد، مناسب برای مواد محافظ هستهای غنیشده با بور-۱۰؛ مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا مورد نیاز برای تجهیزات، مصرف انرژی بالا، محدوده کاربرد محدود.
۶. سنتز خود-انتشار در دمای بالا و کاهش حرارتی سیلیکون
- سنتز خود-پیشرونده : واکنش سریع با احتراق موضعی، خلوص پایین ۹۲٪ تا ۹۴٪، ذرات ریز و یکنواخت.
- کاهش حرارتی سیلیکون : پودر بور آمورف کروی تهیه کنید، محصولات جانبی محلول در آب هستند و به راحتی از طریق شستشو قابل حذف هستند.
مقایسه روشهای مختلف آمادهسازی
| روش تهیه | محدوده خلوص | اندازه ذرات | هزینه تولید | کاربرد معمول |
|---|---|---|---|---|
| کاهش حرارتی منیزیم | ۹۲٪–۹۸٪ | ۰.۵ تا ۲ میکرومتر | کم | پیشرانه جامد، افزودنی پخت سرامیکی |
| کاهش هیدروژن بور هالید | ۹۹.۹٪–۹۹.۹۹۹٪ | ۰.۱–۱ میکرومتر | بالا | دوپینگ نیمه هادی، صنعت الکترونیک |
| سنتز پلاسما | ۹۹.۹٪–۹۹.۹۷٪ | ۳۰–۱۰۰ نانومتر | متوسط-بالا | مواد صیقلدهنده نانو، مواد پرانرژی |
| پیرولیز بوران | تا 99.99٪ | ۵۰–۲۰۰ نانومتر | بسیار بالا | تحقیقات علمی، مواد پیشرفته ویژه |
| الکترولیز نمک مذاب | ۹۵٪–۹۸٪ | ۱–۵ میکرومتر | متوسط | محافظ تشعشعات هستهای، ایزوتوپ بور e |