[发明专利]通过使用三烷氧基硅烷制备甲硅烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用三烷氧基硅烷制备具有高纯度和高产量的甲硅烷而用于制备甲硅烷的方法，更特别是用于经济地制备甲硅烷的方法，所述甲硅烷有用于形成半导体薄膜和用于多功能高纯度多晶硅。

背景技术

甲硅烷在通常的条件下以沸点为112℃的气态存在。甲硅烷在700℃或更高的温度下活跃地分解成硅和氢，这种硅是获得高纯硅的基础。

广泛已知一系列合成甲硅烷的方法。例如，作为三氯硅烷的催化歧化方法，已知两步法技术(德国专利号3311650,1983年10月13日)。在该技术中，第一步相当于执行金属硅的催化氢化，和此时，与实施氢化反应一道在400-600℃的温度下和0.7-41.4bar的压力下生产三氯硅烷。在第二步中，实施三氯硅烷的催化歧化反应。此时，阴离子交换树脂与叔胺一起用作催化剂，在最高150℃的温度下发生歧化反应。之后除去甲硅烷杂质。然而，当存在腐蚀性氯化合物时，由于杂质从设备壁向甲硅烷转移，所述发明难以将甲硅烷纯化成高纯度甲硅烷，并造成最终产品的价格提高，因此难以广泛使用该方法制备甲硅烷。

此外，作为通过四氯化硅与氢化锂反应制备硅烷的方法，根据俄罗斯专利号2173297(2001)的方法也是广泛已知的。在该方法中，将氢化锂预先粉末化，然后在300℃的温度下进行该方法。该反应中产生的氯化锂用于再生LiH。此时产生氯化氢。该方法的主要缺点是需要从硅烷中除去起始试剂，特别是氯化氢残余物。在此方面，存在的问题是要求另外实施从终产物中除去HCl的困难方法。

作为制备硅烷的另一种方法，有根据俄罗斯专利号2194009(2002)通过用盐酸、硝酸或硫酸的稀溶液处理硅化锂以制备硅烷的方法。作为该方法的主要缺点，问题是需要另外实施从硅烷中除去起始试剂即氯化氢或相应乙酸或硫酸残余物的困难方法。其它限制的实例包括高放热性，并且当在反应器中的起始试剂的补充模式中发生障碍时，反应器可能爆炸。

通过烷氧基硅烷的催化歧化反应制备甲硅烷的方法是具有前景的方法之一。该方法在1947年在美国专利第2530367号中被提出，该发明中的歧化反应是通过以下反应方程式A实施的。

[反应方程式A]

4SiH(C₂H₅O)₃→SiH₄+3Si(C₂H₅O)₄

烷氧基硅烷的催化歧化反应的基础在1957-1959年创立于前苏联，并且对于此的原因好像是三乙氧基硅烷通常在那时产生[Soviet Journal of Technical Physics,1957,v.27,No.8，第1645-1648页和Soviet Journal of Solid State Physics,1959,v.1，第999-1001页]。

US专利号3829555(1974年8月13日)提出了合成甲硅烷的连续方法。该发明中，四乙氧基硅烷中的乙醇钠在三乙氧基硅烷的歧化反应中起催化剂作用，该反应在液相中进行，并且三乙氧基硅烷的转化率为70-90％。

发明内容

技术问题

为了解决在制备烷氧基硅烷时反应初期的诱导期问题，终产物的选择性和转化率降低问题，连续反应问题，生产率降低问题等，本发明的主题是提供一种制备甲硅烷的新方法，其简化并改善了所述制备方法，同时确保了连续性、可操作性、生产率和稳定性。

此外，为了去除相关技术中的上述缺陷，本发明的主题是提供一种制备甲硅烷的方法，其确保了快速减少或消除烷氧基硅烷合成反应初始诱导期，简化了技术，改善了反应选择性，并确保了通过连续方法合成甲硅烷的可能性。

技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了制备甲硅烷的方法，包括：(a)对硅颗粒在液相溶剂中进行湿粉碎直到所述硅颗粒具有30μm-100μm的尺寸；(b)将包含步骤(a)中得到的粉碎的硅和溶剂的悬浮液连续地供应到反应器中，接着使用铜基催化剂通过所述粉碎的硅颗粒与无水乙醇反应合成三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷的烷氧基硅烷；和(c)使用乙醇钠作为催化剂通过实施三乙氧基硅烷的催化歧化法由所得的三乙氧基硅烷合成甲硅烷气体。

有益效果

当通过根据本发明的上述技术方案制备甲硅烷时，性能是优异的，在实验室条件和工业规模下可行性是充分的。此外，具有可以简化和改善该制备方法，同时确保制备方法的连续性、可操作性、生产率和稳定性的效果。

另外，作为具体效果，有如下的改善效果。