Введение к работе
Актуальность работы. Развитие таких отраслей современной техники как микроэлектроника, электротехника, оптическое стекловарение, волоконная оптика ставит задачу разработки новых технологичных и экологически чистых методов получения особо чистій оксидов элементов. В настоящее время показана возможность использования в качестве исходных веществ для получения особо чистых оксидов эле-ментоорганических эфиров, в том числе, алкоксидов бора и германия. Использование этих соединений в "золь-гель" или "алкокс'отехнологнн" позволяет получать материалы с заданными свойствами и составом при значительном увеличении экономической эффективности процесса. Области применения алкоксидов бора и германия предъявляют высокие требования к их чистоте: содержание примесей металлов должно быть на уровне 10 - 10 % масс, органических примесей - на уровне І0"2 % масс.
За рубежом элементоорганические эфиры выпускаются рядом фирм, например, " l/entronCorporation " (США) и " Rare tnttattic Co. " (Япония) с суммарным содержанием микропримесей - 10" - 10 % масс, но в литературе отсутствуют сведения о технологии и качестве особо чистых алкоксидов бора и германия и данные по систематическому исследованию их физико-химических свойств.
В СССР до проведения настоящей работа отсутствовало производство ачкоксидов бора и германия особой чистоты. В ИРЁА была разработана технология особо чистых алкоксидов мышьяка, основанная на реакции этерификации трихлорида мышьяка соответствующими спиртами, позволяющая получать продукты с високим выходом и требуемым уровнем чистоты. Поэтому для выполнения задач, поставленных в'настоящей, работе, мы исходили именно из этого метода. Работа э'ягУ.'.и-— на з соответствии г Постановлением )?. 2Л? ГКЇ? СС'ЗР.
Цель работы. Создание технологии особо чистых алкоксидов бора и германия на основе разработки методов синтеза и глубокой очистки, а также, систематическое исследование физико-химических свойств целевых продуктов для моделирования и расчета технологических процессов.
Научная новизна. Разработан новый метод получения особо чистых С,-С5~ алкоксидов бора этерификацией треххлористого бора соответствующими спиртами. Впервые показано, что в условиях предложенного метода синтеза происходит образование жидкой двухфазной реакционно-экстракционной системы: алкоксид бора - спирт - хлористый водород, обеспечивающей высокие выход и чистоту конечных продуктов. Установлено, что на стадии синтеза происходит экстракционная очистка от лимитируемых примесей металлов до уровня 10" -10" / масс, каадого, т.е. процесс получения алкоксидов бора является одновременно основной стадией их глубокой очистки. Найдены оптимальные условия проведения процесса "синтез-экстракционная очистка", обеспечивающие как максимальную скорость этерификации и высокий выход целевого продукта, так и требуемый уровень его чистоты. Определены характеристики экстракционной очистки: зависимость времени установления равновесия от скорости перемешивания реакционной массы и зависимость степени превращения и изменения градиента концентраций примесей от времени. Предложено уравнение кинетики совмещенного процесса "синтез-экстракция", связывающее начальные, текущие и равновесные концентрации примесей с массовым составом системы: 6(0R)3-f?0l-l- Ції в текущий момент времени. Исследовано разовое равновесие реакционно-экстракционной системы, определена температурная зависимости растворимости хлористого водорода в спиртово? v, алкоксидноЛ /Ja^ax и их взаимно'.': растворимости и кон-:чбнтра.ці:ошгї;е граниііь: их рсіссллипания, 'Построена диаграмм 4 состояния длр шс-rov..': B(OC2W5lf СгК>О W - НС*
На основании экспериментальных данных pace-читаны параметры моделей "псевдобинарного" равновесия (Вильсона.МТЪ ,UNIOiUQC ). Для расчета фазового равновесия в системах гомологического ряда B(OR)3~R0H'J-IC предложена модель UMIAUQC , которая дает наилучшую сходимость с экспериментальными данными по взаимной растворимости фаз и позволяет рассчитать состав насыщенных хлористым водородом спиртовой и алкоксидной фаз, зная их соотношение к температуру.
Исследованы физико-химические свойства алкоксидов бора и германия в широком интервале температур. Показаны определенные закономерности в характере их изменения с увеличением длины углезодо-родного радикала, установлены границы термической стабильности и наличие ассоциации в лидкой фазе для некоторых алкоксидов.
Показано, что для получения продуктов требуемой степени чистоты кроме стадии синтеза, осуществляемого этерификацией хлоридов бора и германия соответствующими спиртами (э случае хлорида германия - в присутствии аммиака), технология должна включать в себя стадию финишной ректификационной очистки. Для расчета и оптимизации этой технологической стадии исследовано фазовое равновесие жидкость-пар в бинарных системах: очищаемое вещество-примесный компонент и определены коэффициенты разделения для этих систем.
На основе создания имитационных моделей проанализированы различные варианты технологического и аппаратурного-оформления производств и рассчитаны временные режимы входящих в технологию процессов при их последовательном и параллельном проведении. Получены оптимальные графики Танта технологических производств особо чистых алкоксидов бора'и германия* -
Практическая ценность. Созданы технологий осо-бо чистых алкоксидов бора и германия. Сконструированы и созданы-.Ьпы,тно-проиьп-, ленные установки мощностью fO—100 кг/год. Разработанные технологии
вместе с аппаратурным оформлением внедрены на базе СКГБ Материаловедения АН Аз.ССР (г.Сумгаит). Качество полученных продуктов удовлетворяет требованиям электронной и электротехнической промышленности. На основании исследований, проведенных на опытно-промышленных установках, выданы исходные данные для проектирования промышленного производства особо чистых алкоксидов бора и германия на ОЭЗ ЙРЕА и Редкинскоы опытном заводе.
Апробация работы и публикации. Do результатам выполненных исследований опубликовано 9 статей, тезисы 5-ти докладов на Всесоюзных конференциях, получено 2 авторских свидетельства на изобретение.
Экономический эффект от использования алкоксидов бора в технологии мощных полупроводниковых диодов составил 200 тыс. руб. в год.
Объем работы. Диссертация изложена на 157 страницах, включая 28 рисунков,33 таблиц и список литературы из 139 наименований. Состоит из введения, 6— глав и выводов.
