專利名稱：一種硅粉表面除氧的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉體表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及到硅粉表面氧的去除。
背景技術(shù)：
作為不可或缺的基本原材料，硅粉被廣泛用于粉末冶金制造業(yè)，如用于燒結(jié)制備難熔合金、陶瓷、復(fù)合材料等。然而，由于較高的表面活性，硅粉容易被氧化，在硅顆粒表面形成Si02、SiO等氧化膜。硅的氧化物比較穩(wěn)定，即使在高溫?zé)Y(jié)過程也很難被還原，從而影響到燒結(jié)材料的質(zhì)量。此外，表面的氧化膜會降低硅粉的流動性，易于造成材料致密度下降，對材料的綜合力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。目前，硅表面清洗技術(shù)主要分為兩大類。第一類以硝酸、鹽酸、雙氧水、氨水等為主要的侵蝕試劑。其中最常用的方法為RCA清洗法(先后分別經(jīng)過溶液INH3:1H2O2:5H20和IHCl = IH2O2:6H20侵蝕，最后輔以稀釋的HF清洗)。盡管該清洗法能夠清除硅表面的氧化物，但同時也會侵蝕和損害娃基體、工序復(fù)雜(W. Kern, J. Electrochem. Soc. , 1990,137， 1886-1892; W. Kern, Handbook of Semiconductor Cleaning Technology, NoyesPublishing, Park Ridge, NJj 1993.)。另一類以HF為主要的侵蝕試劑。HF在硅工藝中常被用作腐蝕劑，能夠清除硅表面自然氧化層同時又不會侵蝕硅基體，理論上可以得到潔凈、完整的硅表面。然而，在HF侵蝕過程中，由于硅表面潤濕性較差，特別隨著反應(yīng)的進行，潤濕性急劇下降，進一步阻礙殘余氧化物的去除，除氧效率低(M. C. Gomes, A. C. Fernandes,B. S. Almeida, R. M. Almeida, J. Mater. Sc1. 1995，30，3893-3896.)。另外，在 HF 侵蝕過程中容易出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，除氧效率下降，HF2-有利于消除該現(xiàn)象，但是隨著HF濃度的增力口，HF2I勺濃度降低(D.M. Knotter, J. Am. Chem. Soc. 2000，122，4345-4351)，因此通過增加HF濃度來增加 除氧效果是行不通的。K. Yamamura等在HF中加入適量的HNO3雖然除氧效率有所提高，然而HNO3同時也會嚴重侵蝕損害硅基體(K. Yamamura, T. Mitani,Surf.1nterface Anal. , 2008, 40, 1011-1013)。可見,尋找一種既能提高娃粉表面除氧效率，又不損害硅基體并且工序簡單、易于控制的方法非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過在HF中加入中性溶劑無水乙醇并控制其比例和濃度，增加硅粉表面的潤濕性，促使H+、HF2-和H2F2等快速向硅原子擴散，提高除氧效率同時又不會損害硅基體，處理后的粉末具有良好的均勻性和分散性，并且工藝簡單、易于操作。一種硅粉表面除氧的方法，其特征在于，硅粉的除氧工藝是HF、無水乙醇和去離子水按比例配制出所需除氧液并置于25-60°C恒溫水浴中，取出適量待處理的硅粉放入該除氧液，不停攪拌15-60 min，然后經(jīng)過真空過濾器用去離子水清洗過濾3-8次、25-70°C真空干燥，之后立即真空封裝保存。待處理的硅粉的純度大于99%，平均粒徑小于200 μ m，對氧含量無限制。除氧溶液中氫氟酸和無水乙醇的成分組成按體積百分比計，hf/c2h5oh:1-10，其余為去離子水，HF濃度為1%-20%。本發(fā)明是在HF中加入適量的無水乙醇并控制兩者之間的體積比，降低硅表面的接觸角，提高粉末的潤濕性，使得H+、HF2^和H2F2等快速向硅原子擴散，從而使SiO2等氧化物的去除反應(yīng)更為迅速、連續(xù)和徹底。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過在氫氟酸加入無水乙醇并控制其比例和濃度，增加硅粉表面潤濕性，提高除氧效率同時又不會損害硅基體，處理后的粉末具有良好的均勻性和分散性，并且工藝簡單、易于操作。


圖1為原始商用硅 粉Si 2p的XPS圖譜。圖2為除氧后硅粉Si2p的XPS圖譜。圖3為硅粉的掃描電鏡背散射形貌，(a)和(b)原始商用硅粉；(C)和⑷除氧后硅粉。
具體實施例方式實施方式1:
商用硅粉的純度為99. 999 wt%,平均顆粒尺寸為6. 23 μ m,氧含量為2900 ppm。圖1為原始商用硅粉Si2p的XPS圖譜，SiO2峰面積比為79. 3%，可以看出硅粉表面氧化嚴重。除氧液的名義成分按體積百分比為，HF :4%，C2H5OH :2%，其余為去離子水。按比例配制出所需除氧液并置于50°C恒溫水浴中，取出適量待處理的原始商用硅粉放入該除氧液，不停攪拌30min，然后經(jīng)過真空過濾器用去離子水清洗過濾5次、50°C真空干燥，之后立即真空封裝保存。經(jīng)檢測，除氧后硅粉中的氧含量降至(242±30) ppm。圖2為除氧后的硅粉Si2p的XPS圖譜，可以看出硅粉表面的SiO2得到了清除。圖3為除氧前后硅粉的掃描電鏡背散射形貌，可以看出除氧后硅粉表面的SiO2氧化膜被清除干凈，并且處理后的粉末表現(xiàn)出良好的分散性和均勻性。
實施方式2
商用硅粉的純度為99. 9 wt%，平均顆粒尺寸為26. 67 μ m，氧含量為3500 ppm。除氧液的名義成分按體積百分比為，HF 15%,C2H5OH :3%，其余為去離子水。按比例配制出所需除氧液并置于50°C恒溫水浴中，取出適量待處理的原始商用硅粉放入該除氧液，不停攪拌30min，然后經(jīng)過真空過濾器用去離子水清洗過濾5次、50°C真空干燥，之后立即真空封裝保存。經(jīng)檢測，除氧后硅粉中的氧含量降至(440±50) ppm。
實施方式3
商用硅粉的純度為99. 9 wt%，平均顆粒尺寸為26. 67 μ m，氧含量為3500 ppm。除氧液的名義成分按體積百分比為，HF :1%，C2H5OH :0. 5%，其余為去離子水。按比例配制出所需除氧液并置于50°C恒溫水浴中，取出適量待處理的原始商用硅粉放入該除氧液，不停攪拌30min，然后經(jīng)過真空過濾器用去離子水清洗過濾5次、50°C真空干燥，之后立即真空封裝保存。經(jīng)檢測，除氧后硅粉中的氧含 量降至(700±40) ppm。
權(quán)利要求
1.一種娃粉表面除氧的方法,其特征在于，娃粉的除氧工藝是HF、無水乙醇和去尚子水按比例配制出所需除氧液并置于25-60°C恒溫水浴中，取出待處理的硅粉放入該除氧液，不停攪拌15-60 min，然后經(jīng)過真空過濾器用去離子水清洗過濾3-8次、25-70°C真空干燥，之后立即真空封裝保存；待處理的硅粉的純度大于99%，平均粒徑小于200 μ m,除氧溶液中氫氟酸和無水乙醇的成分組成按體積百分比計，HF/C2H50H:1-10，其余為去離子水，HF濃度為1%_20%。
全文摘要
一種硅粉表面除氧的方法，屬于粉體表面處理技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于通過在氫氟酸中加入中性溶劑無水乙醇并控制其比例和濃度，提高硅粉表面的潤濕性，促使H+、HF2-和H2F2等快速向硅原子擴散。硅粉的除氧工藝是HF、無水乙醇和去離子水按比例配制出所需除氧液并置于25-60℃恒溫水浴中，取出適量待處理的硅粉放入該除氧液，不停攪拌15-60min，然后經(jīng)過真空過濾器用去離子水清洗過濾3-8次、25-70℃真空干燥，之后立即真空封裝保存。其主要優(yōu)點在于除氧效率高，同時除氧液中不含硫酸等有害物質(zhì)、不損害硅基體，處理后的粉末具有良好的均勻性和分散性，并且工藝簡單、易于控制。
文檔編號C01B33/037GK103058198SQ20121055153
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者張來啟, 潘昆明, 王玨, 林均品, 梁永鋒 申請人:北京科技大學(xué)