什么是三氯氢硅？三氯氢硅是怎样制备的？

什么是三氯氢硅？三氯氢硅是怎样制备的？

三氯氢硅（SiHCl3）也是硅的卤化物，又称为三氯硅烷、三氯甲硅烷、硅氯仿。同四氯化硅一样，常温下，纯净的三氯氢硅是无色或微黄色的透明可燃液体，有强烈的刺激性。 

三氯氢硅沸点低，易挥发，易潮解，在空气中发生反应产生白烟，遇水分解，溶于苯、醚等有机溶剂。属一级遇湿易燃物品，易燃易爆，遇水反应产生氯化氢气体；它与氧化剂发生强烈反应，遇明火、高热时发生燃烧或爆炸。三氯氢硅溶于苯、醇、醚、卤代烃等有机溶剂；具有急性毒性。 

同四氯化硅一样，在制备三氯氢硅时，也常伴有其他氯化物产生。三氯氢硅的物理常数见表1。 

表1　三氯氢硅的物理常数 

三氯氢硅的生产方法也有多种，但一般多采用硅粉与氯化氢在沸腾炉里合成。 

具体的三氯氢硅合成的工艺流程如图1所示。 

图1　三氯氢硅合成的工艺流程 

1—加料罐；2—沸腾炉；3，8—储罐；4—干燥器；5—过滤器；6—沉降器；7—冷凝器；9—废料罐；10—冷冻食盐水进口；11—冷冻食盐水出口；12—放空管 

实际生产时：先通入干燥的氮气干燥设备，同时为加热器接通热源气体，使沸腾炉慢慢升温。等设备干燥完毕，炉温达到标准后，开始往沸腾炉里加料。 

加料的方式：将处理好的工业硅粉储存在加料罐1里，然后从沸腾炉2的顶部用干燥的氮气吹入。储罐3里的氯化氢经干燥器4干燥，过滤器5过滤合格后从沸腾炉2的底部进入炉内，通过分配板后均匀进入炉床内，形成一个沸腾层，与硅粉进行反应。反应生成的气态三氯氢硅上升，从沸腾炉上部出炉后进入沉降器6中沉降，将混杂在三氯氢硅里的大部分高沸点物质（高沸物）去掉。然后，三氯氢硅气再进入冷凝器7。一般三氯氢硅合成的冷凝器是采用-40～-30℃的冷冻食盐水冷却（10为冷冻食盐水进口，11为冷冻食盐水出口）。三氯氢硅气在冷凝器里被冷凝为液体，最后进入储罐8，在储罐8里储存，供后续生产使用。 

为了保证安全，储罐8上装有放空管12。 

因为反应温度对产物组成有决定性影响，所以三氯氢硅合成时必须选择一个合适的温度并控制好这个温度。 

当温度高于220℃时，三氯氢硅的合成反应就成了主流，会产生大量的三氯氢硅，但一般认为生成三氯氢硅的最佳温度应为280～300℃（不用催化剂）。当温度高于450℃时，会产生大量的SiCl4，还有SiH2Cl2、SiH3Cl、SiH4等，而三氯氢硅含量少。 

三氯氢硅合成反应也是放热反应，当反应开始后，也可以不必加热，利用反应的生成热就可以维持反应继续进行。控制三氯氢硅合成反应温度也与控制四氯化硅合成反应温度相似，只靠调节加热器的电压或电流还不行，有时为了抑制升温过快、温度过高的趋势，还得通过调节氯化氢的通入量才能控制好温度。 

为了保证三氯氢硅合成反应的顺利进行，工艺流程中有关的管道应该进行保温，以防物料冷凝结块而堵塞管道等现象。三氯氢硅合成系统的管道应尽可能短、粗，弯头尽量少，而且弯头处角度尽可能大，这样在生产中不易堵塞，同时便于清洗。 

为了加快反应速率，抑制副反应，提高产率和纯度，在制备三氯氢硅时普遍使用催化剂和添加剂。 

（1）催化剂　催化剂的作用是降低硅与氯化氢的反应温度；提高反应速率和产量；避免少量氧气和水分的有害影响。 

制备三氯氢硅时用的催化剂有多种。 

一种是元素及其化合物的，如镁、铁、铜等。用金属Cu和CuCl2作为催化剂，活化氯化氢分子。如果在炉里放置为原料质量0.1％的铜丝，反应速率将提高2.2～2.6倍。在300℃时，三氯氢硅的产率比没有催化剂时增加了1.5倍，而且副反应被抑制了。如果以混有3％～6％铜粉的硅粉为原料，反应温度在250℃左右时，三氯氢硅产率高达90％～98％（质量）。 

另一种是硅合金（镁、铁，特别是铜的硅合金）。如果加入含有上述同等铜含量的硅铜合金催化剂，其产率提高的幅度将与上述加铜粉催化剂的相似。 

再一种是硅合金与粗硅的烧结块。如果将硅合金与粗硅烧结块加入合成炉内，其效果也同样显著。 

（2）添加剂　为了提高产品的纯度，在制备三氯氢硅时常使用铝为添加剂。 

在铜粉中掺入0.8％～2％的铝粉，在210～330℃与氯化氢气体反应，将生成的三氯氢硅气体冷却到露点之下，然后再与AlCl3分离。因为AlCl3是杂质（特别是Ⅲ、Ⅴ族化合物）的有效络合剂，因此，在硅粉中掺入AlCl3添加剂，其产品的纯度就会大幅度提高。