硅化镁的应用与合成

介绍

甲硅烷作为一种提供硅组分的特种气体，广泛应用于高纯度 多晶硅、微电子、氮化硅、光伏电池、以及玻璃和钢铁镀层等领域，是新能源、新器件、新材料的基础。硅化镁(Mg2Si)是用硅化镁法(也称“A-F”硅烷法)制备硅烷气 体(SiH4)的重要原料。Mg2Si是一种 Zintl 相化合物，XPS 分析表明，Mg 和 Si 之间的离子键特性仅为 9%，表明硅化镁中的 Mg 仍倾向于提供电子与其他化合物反应。

硅化镁

应用

由于 Mg2Si 的强还原性， 可以直接还原卤化物 (ZnCl2、HSiCl3 等) 制备多孔硅，也可以还原 IVA 族氧化物制备一系列硅基复合材料，可以利用硅化镁一步还原 CO2 原位制备硅碳复合材料。以氯化铵和硅化镁物质的量比为8∶1, 液氨含水量<10-5, 氯化铵的液氨浓度为20%, 反应时间为3 h, 反应温度为-20℃, 单硅烷的收率>95%[1-2]。

合成

以往合成的缺点

长期以来，国内生产 Mg2Si 的工艺都是采用固定床间歇式合成法，用这种方法生产 Mg2Si 存在着产能小、 收率低、能耗高的缺点。此外，在硅化镁的出料过程中，容易发生硅化镁燃烧事故，造成安全事故等。

新合成方法

镁粉和硅粉按一定的摩尔比混合均匀后，从加料口倒入流化床反应器中，密闭系统，抽至高真空，然后通入 0.2 L/min 氢气置换 40 min 后，设定一定的管式炉反应温度，保持一定的氢气流量，开始升温，控制升温速度，使反应 30 min 后自放热升温至最高反 应温度 Tmax。在 Tmax 下保温一段时间结束反应，然后自然冷却 至室温取出反应物料，取样分析反应物含量组成。 对按化学计量投入的硅粉和镁粉生成 Mg2Si 的质量百分数， 即代表了合成反应生成 Mg2Si 的收率。以硅粉、镁粉为原料，高纯氢气作载气，在一定的温度下于 流化床反应器中制备硅化镁。优化工艺条件为∶镁粉与硅粉摩尔 比为 2.05∶1、镁粉和硅粉的粒度在100~160 目且粒度相差 20 目 以内、反应温度 570 ℃、反应时间 2.0 h、载气流量为 3.0~5.0 L/min 时，硅化镁的质量含量≥98.3 %[3]。

参考文献

[1]石永刚,张志勇,陈彬等. 硅化镁还原CO_2一步原位合成Si/C复合负极 [J]. 复合材料学报, 2021, 38 (10): 3512-3518. 

[2]李群,顾克军,吴沙. 硅化镁制备单硅烷的工艺研究 [J]. 上海化工, 2013, 38 (03): 13-15.

[3]祁宏祥,顾克军. 流化床法制备硅化镁的工艺研究 [J]. 广东化工, 2013, 40 (21): 50-51+54.