CN101734630A - 一种高纯碲化镉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯碲化镉的制备方法，反应过程发生在镉和碲的熔点以上的涂碳处理后的密闭石英管内，其中5N镉料和5N碲料的质量比为1∶1.1～1.15，将称量好的碲料按照加料次数N分成N份，将称量好的镉料分成N-1份，将每份碲料和每份镉料交替加入石英管且最先最后加入碲料，装料后脱氧并用封泡进行烧结封管，缓慢进行高温高压的合成反应；本发明的有益效果在于：熔融态下的原料接触面积更大，较固态下的原料反应速度更充分，避开了对原料的微米级粉碎处理，对原料的形态要求放宽，大大降低了制备成本，且保证了原料纯度，能够适应较大规模的生产，碲化镉合成转化率可达98～99.5％，在安全的前提下使用内径32mm石英管可以保证单管产量800-1000g。
Description
技术领域
本发明涉及一种高纯碲化镉的制备方法，尤其是一种不用对原料进行磨粉处理、反应过程发生在镉和碲的熔点以上的高纯碲化镉的制备方法。
背景技术
碲化镉是一种化合物半导体，其能隙宽度最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的器件，有很高的理论光电转换效率。碲化镉用气相沉积法可制成大面积的碲化镉薄膜，而且沉积率也高。正是由于碲化镉薄膜太阳能电池制造成本低，并具有较高的转换效率，加上其可在高温环境下快速大面积沉积，因此适合大规模太阳能模块商业化量产。
迄今为止，关于高纯碲化镉的研究出现了一些很有成效的努力，如中国专利200710049890.5公开了一种高纯碲化镉的制备方法，其特点是将5N碲和5N镉按摩尔比1∶1的配比进行混合，混合料进行粉碎或研磨成粒料，粒径为8～13μm，500～600重量份，装入石英管中，抽真空至1～1.2pa密封，再将密封好后的石英管放入碲化镉合成炉中进行反应，此技术是将原料制成微粒，以此增大两种原料的接触面积，在镉的熔点以下来合成碲化镉。整个过程不会产生较大的蒸汽压，镉也不会和石英管反应。但是，其存在的不足之处在于：(1)混合料需要粉碎或研磨成粒径为8～13μm的粒料，需要较高端设备的支持，特别由于镉属于软金属，磨粉非常困难，要磨制到微米级的颗粒近乎于天价成本，不适应生产的实际情况。(2)在进行原料磨粉的过程中，很难避免设备对原料的污染，不能制备6N甚至更高档次的碲化镉。
另一件中国专利02114571.7公开了一种碲化镉粉末的制备方法：首先将镉粉和碲粉按化学配比进行混合，将混合后的材料进行研磨、搅拌使镉粉和碲粉混合均匀；把均匀混合的镉粉和碲粉置于真空条件下的坩埚中，对坩埚进行加热，使坩埚中的镉粉和碲粉进行化合反应，形成碲化镉材料；采用该发明可以大幅度地提高制成品的纯度，而且不会对环境和操作人员造成污染和损害，此技术在镉的熔点下进行反应，同样也避开了蒸汽压和镉与石英之间的反应。但不足之处在于：(1)此技术也是粉末投料制备，制备粉末原料成本高，对设备要求苛刻，会造成对设备的污染。(2)此技术所制备的产品只限于碲化镉颗粒，在合成率方面难以保证。
综上所述，本领域的技术人员通常认为碲化镉的制备应该在镉的熔点以下进行，其优点是：在镉的熔点下反应的整个过程不会产生较大的蒸汽压，镉也不会和石英管反应。不足之处在于：(1)为了提高产品纯度、提高合成率，必须增大固体状态下原料的接触面积使反应充分，因此必须将混合料粉碎或研磨成微米级的粒料，由此带来的问题是需要较高端设备的支持，特别由于镉属于软金属，磨粉非常困难，要磨制到微米级的颗粒近乎于天价成本，不适应生产的实际情况。(2)在进行原料磨粉的过程中，很难避免磨粉设备对原料的污染，不能制备高纯度的碲化镉。(3)镉的熔点比碲低，在镉的熔点下反应，镉料和碲料均为固态，反应不如熔融液态下的镉料和碲料反应充分。
避免对原料进行粉碎或研磨处理并同时保证原料间充分接触的方法之一是使原料在熔融状态下反应，本领域的技术人员不难想到这一方案，且发明者认为这一方案应该在密闭石英管内进行，不宜在坩埚内进行，其原因是：坩埚合成是建立在原料磨粉的基础上的，只有磨粉才能在碲和镉的熔点下实现合成，并真正意义上避免蒸汽，如果用坩埚在碲和镉熔点以上合成，会有较大的原料蒸汽，在坩埚基础上制造真空环境需要加密封罩，密封难度大、可靠性差、密封度难以保证，在合成过程中会不断有蒸汽上升，蒸汽与始终低于蒸汽温度的密封罩接触后会冷凝附着在密封罩上，造成原料流失，合成率和纯度都无法保证。因此应该在密闭石英管内进行合成，但是此方法亟待解决的技术问题是：(1)由于碲化镉的合成是放热反应，如果在原料的熔点以上进行合成，反应放出大量的热使得石英管内压力迅速增大，容易炸管。(2)镉蒸汽会与石英管反应、影响产品纯度和合成率。(3)高温高真空情况下的密封难以实现。这些难题都直接决定合成的成败甚至威胁人员的安全，因此目前未见有成功应用该方法来批量合成高纯碲化镉方法的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种使碲料和镉料于熔融状态下在脱氧的密闭石英管内充分反应、对原料形态无苛刻要求、成本低廉的高纯碲化镉制备方法。
为了解决原料在熔融状态下的密封石英管内反应存在的上述系列技术问题，发明人在发明过程中进行了反复探索，解决了如下的技术问题：
1、合成蒸汽压大
碲化镉的合成与碲和镉的存在形式有很大关系。由于碲化镉的合成是放热反应，整个过程处于真空环境内且不可视。其中，如果投入的碲是粉末状，在抽真空时容易被带走、流失。反之，如果投入的碲是过大的颗粒，由于镉的熔点低，在升温之初，液体的镉会和所接触的碲反应生成碲化镉，将大颗粒碲料的剩余大部分碲包裹，待达到碲的熔点时，剩余的大部分碲和镉完全接触反应，会放出大量的热使得管内压力迅速增大，容易炸管。
因此，在投料前需要对原料进行处理，选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭，然后清洗掉表面的氧化层，使其表面呈现白色金属光泽后待用；将5N碲料破碎，使粒径在0.35-20mm内待用；采用这种粒径的碲料能够有较高的表面积，使得反应分两次完成，分别发生在镉的熔点和碲的熔点。
投料的方式为：将称量好的碲料按照加料的次数N分成N份，将称量好的镉料分成N-1份，将每份碲料和每份镉料交替加入经过涂碳处理的石英管且最先加入碲料、最后加入碲料，其中N≥2，这样做的益处是：使镉、碲均匀分布，确保每次的反应不会很剧烈；两端的碲料将中间的镉料包裹，使整个料堆表面没有镉露出，确保第一次反应前不会形成较大的镉蒸汽。
将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以100℃～200℃/小时的速度缓慢升温至600℃～800℃，恒温1.5～2.5小时，后以100～200℃/小时的速度缓慢升温至1100～1200℃，再恒温2.5～3.5小时，以100-200℃/小时的速度缓慢降温至900℃～1050℃，这样做的益处是：由于发明相对投料较多，料的内部有热的传递过程，达到熔点也有先后之分，因此在控温过程中，以100～200℃/小时的缓慢速度升温，使原料逐渐融化反应；缓慢降温是为了结晶能够均匀，减少气孔；恒温的作用是确保合成充分。
2、镉蒸汽与石英管反应
为了避免镉与石英管直接接触，装料前在石英管内壁涂上一层碳膜，工艺简称为涂碳：加热炉温到800～1100℃，石英管置把合成用于加热炉中，固定好通气管，以0.5～1升/分钟的速度通入高纯氩气鼓泡输送丙酮蒸汽进入石英管，丙酮受热裂解后在石英管内壁形成碳膜。同时，以10～20cm/10秒的速度移动载有石英管的加热炉，这样可以使碳膜均匀。
原料中或多或少会含有氧化物，如果原料中的氧化物没有除尽，不仅会影响产品的纯度，在合成过程中还会氧化石英管内壁的碳膜，导致碳膜脱落，不能实现镉与石英管的隔离。因此，有必要进行脱氧工艺处理：加热脱氧炉到200℃～280℃后，将石英管放入真空系统脱氧，用真空机组将系统抽至高真空使原料中的氧化物挥发，当真空系统的真空度达到5×10-4pa～10×10-4pa后将石英管封管，封管后停止脱氧；脱氧温度过低不能达到预期的效果，温度过高容易流失镉。
3、高温高真空的密封
由于本发明合成的温度高、对真空度的要求高，不能使用传统的橡胶垫密封方式，因此发明人想到采用石英封泡密封，真空系统由真空泵及扩散泵组成，真空脱氧时，在石英管内投料区10～15cm的位置加放一石英封泡，其外径略小于石英管内径。真空脱氧完成后，用氢氧焰将石英管内壁与封泡外壁烧结，实现对反应区的密封。
本发明的脱氧、封管要求石英管横放，为了适应脱氧、封管的工艺需要，考虑到封管需要石英管横放、考虑接头需承受石英管和原料的重量、脱氧温度不高、脱氧完毕可以容易的卸下等因素，因此，发明人设计了一种高真空接头，其整体材料为不锈钢、内设不锈钢套圈和橡胶套圈、外套设有螺纹，依靠螺纹的进退挤压或放松橡皮套，实现高真空封闭和卸下石英管，其中橡胶垫圈、不锈钢垫圈交替设置，和不锈钢外套一起套在装好原料的石英管上，放入石英封泡，接在不锈钢内套上，不锈钢外套和不锈钢内套螺纹连接，将橡胶垫圈、不锈钢垫圈挤压紧，起到密封的作用，待脱氧、封管完毕，真空系统放气，通过不锈钢外套退螺纹，可以轻松的卸下不锈钢外套，并可以可以根据不同的管体尺寸，更换不同尺寸的不锈钢外套和不锈钢内套。
因此，发明人提出了如下的技术方案：
一种高纯碲化镉的制备方法，该方法主要包括以下步骤：
(1)石英管涂碳处理
在清洁的石英管内采用热解反应沉积碳膜；
(2)原料处理
选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭，清洗掉表面的氧化层，使其表面呈现白色金属光泽后待用；
将5N碲料破碎，使粒径在0.35-20mm内待用；
(3)配料
称量质量配比为1∶1.1～1.15的5N镉料与5N碲料；
(4)投料
将称量好的碲料按照加料的次数N分成N份，将称量好的镉料分成N-1份，将每份碲料和每份镉料交替加入经过涂碳处理的石英管且最先加入碲料、最后加入碲料，其中N≥2；
(5)脱氧、封管
加热脱氧炉到200℃～280℃后，将石英管放入真空系统脱氧，当真空系统的真空度达到5×10-4pa～10×10-4pa后将石英管封管，封管后停止脱氧；
(6)合成反应
将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以100℃～200℃/小时的速度缓慢升温至600℃～800℃，恒温1.5～2.5小时，后以100～200℃/小时的速度缓慢升温至1100～1200℃，再恒温2.5～3.5小时，以100-200℃/小时的速度缓慢降温至900℃～1050℃；
(7)取料
破开石英管取出碲化镉产品。
作为优选方式，在投料前对石英管进行涂碳处理的过程是这样的：加热炉温到800～1100℃，固定好通气管，以0.5～1升/分钟的速度通入高纯氩气鼓泡输送丙酮蒸汽进入石英管，同时，以10～20cm/10秒的速度移动载有石英管的加热炉。
作为优选方式，所述的5N镉料清洗掉表面氧化层的过程是：配制5％～10％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用乙醇清洗至中性，80℃～100℃烘干。
作为优选方式，所述的5N镉料清洗掉表面氧化层的过程是：配制5％～10％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用离子交换水清洗至中性，用真空干燥箱在80℃～100℃干燥。
作为优选方式，所述的封管过程为：把封泡放入石英管内，推至距离料区10～15cm处，用氢氧焰将封泡和石英管烧结封管。
作为优选方式，将石英管通过高真空接口放入真空系统进行脱氧，所述的高真空接口通过螺纹，分别和石英管、真空系统连接成一体。
本发明的有益效果在于：(1)通过在投料前对碲料进行处理使粒径在0.35-20mm内，避免了粉末状原料在抽真空时容易被带走、流失的现象，并有较高的表面积；如果是过大颗粒的碲料，由于镉的熔点低，在升温之初，液体的镉会和所接触的碲反应生成碲化镉，将大颗粒碲料的剩余大部分碲包裹，待达到碲的熔点时，剩余的大部分碲和镉完全接触反应，会放出大量的热使得管内压力迅速增大，容易炸管。(2)将每份碲料和每份镉料交替加入石英管且最先加入碲料、最后加入碲料的投料方式，使镉、碲均匀分布，确保每次的反应不会很剧烈，两端的碲料将中间的镉料包裹，使整个料堆表面没有镉露出，确保第一次反应前不会形成较大的镉蒸汽。(3)由于发明相对投料较多，料的内部有热的传递过程，达到熔点也有先后之分，因此在控温过程中，以100～200℃/小时的缓慢速度升温，能使原料逐渐的融化充分，缓慢降温是为了结晶能够均匀，减少气孔，恒温的作用是确保合成充分。(4)装料前在石英管内壁涂上一层碳膜，避免了镉与石英管的直接接触，保证了合成率和纯度。(5)通过脱氧工艺处理，除掉了原料中的氧化物，保证了产品的纯度，也避免了在合成过程中对石英管内壁碳膜的氧化，保证镉与石英管的隔离。(6)通过石英封泡来密封石英管，保证合成的高温度高真空度要求。(7)不用再将原料粉碎或研磨成粒径为微米级的粉料，简化了加工流程，节约了磨粉带来的高成本，避免了磨粉过程中设备对原料的污染，从而保证了产品的纯度，利于批量生产。(8)本发明的碲化镉合成转化率可达98～99.5％，在安全的前提下使用内径32mm石英管可以保证单管产量800-1000g。(9)熔融态下的原料接触面积更大，较固态下的原料反应速度更快更充分。
得到的5N高纯碲化镉产品的GD-MS测试数据见表1。
附图说明
图1是本制备方法的流程示意图
图2是图1中封管过程的示意图
图3是图1中涂碳过程的示意图
图4是图2中的高真空接头的结构示意图。
1为石英封泡，2为原料，3为石英管，4为真空系统，5为高真空接头，6为脱氧炉，7为通气管，8为鼓泡瓶，9为丙酮，10为橡胶垫圈，11为不锈钢垫圈，12为固定架，13为不锈钢外套，14为螺钉，15为不锈钢内套，16为真空系统口。
具体实施方式
实施例1 第一种高纯碲化镉的制备方法，包括以下步骤：
(1)石英管涂碳处理
如图3所示，待脱氧炉6的炉温达到800℃时，固定好通气管7，以0.5升/分钟的速度通入氩气，丙酮9中开始冒泡，把丙酮蒸汽带入通气管7。丙酮从通气管出来，在高温条件下裂解，同时，以10cm/10秒的速度移动通气管或清洁后的石英管3，在石英管壁附着形成一层碳膜。
(2)原料处理
选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭；
用玛瑙棒将5N碲原料在玛瑙钵里砸碎，使粒径在0.35～10mm内待用；筛去粉末，将筛除的碲料在H2气氛下熔化结晶，以备下次使用；配制5％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用乙醇清洗至中性，80℃烘干。
(3)配料
称量5N镉料400重量份和5N碲料440重量份；
(4)投料
将称量好的碲料分成3份，将称量好的镉料分成2份，按照碲料、镉料、碲料、镉料、碲料的先后顺序分别将每份原料投料入涂碳后的石英管；
把封泡放入石英管内，推至距离料区10cm处，其外径略小于石英管内径；
(5)脱氧、封管
加热脱氧炉到200℃后，将石英管放入真空系统脱氧，真空系统4由真空泵及扩散泵组成，将石英管放入高真空接口，拧紧外套，开真空泵，当真空系统的真空度达到5×10-4pa后用氢氧焰将封泡1和石英管3烧结封管，实现对反应区的密封，如图2所示，封管后停止真空泵；
高真空接头5结构如图4所示，橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11交替设置，和不锈钢外套13一起套在装好原料2的石英管3上，放入石英封泡1，接在不锈钢内套15上。不锈钢外套13和不锈钢内套15螺纹连接，将橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11挤压紧，起到密封的作用。待脱氧、封管完毕，真空系统放气，通过不锈钢外套15退螺纹，可以轻松的卸下不锈钢外套13。并可以根据不同的管体尺寸，更换不同尺寸的不锈钢外套13和不锈钢内套15。
(6)合成反应
将从真空系统中卸下的石英管检查真空度，然后放入合成炉中，以100℃/小时的速度升温至600℃，600℃恒温1.5小时，以100℃/小时的速度升温至1200℃，再恒温2.5小时，以100℃/小时降温至900℃时停电降温。
(7)取料
用钛条破开石英管取出料锭，除去头部粉状物质，得824重量份碲化镉。
实施例2：第二种高纯碲化镉的制备方法，包括以下步骤：
(1)石英管涂碳处理
如图3所示，待脱氧炉6的炉温达到1100℃时，固定好通气管7，以0.8升/分钟的速度通入氩气，丙酮9中开始冒泡，把丙酮蒸汽带入通气管7。丙酮从通气管出来，在高温条件下裂解，同时，以15cm/10秒的速度移动通气管或清洁后的石英管3，在石英管壁形成一层碳膜。
(2)原料处理
选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭；
用玛瑙棒将5N碲原料在玛瑙钵里砸碎，使粒径在10～20mm内待用；筛去粉末，将筛除的碲料在H2气氛下熔化结晶，以备下次使用；配制10％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用乙醇清洗至中性，100℃烘干。
(3)配料
称量5N镉料400重量份和5N碲料448重量份；
(4)投料
将称量好的碲料分成2份，将称量好的镉料作为1份，按照碲料、镉料、碲料的先后顺序分别将每份原料投料入涂碳后的石英管；
把封泡放入石英管内，推至距离料区14cm处，其外径略小于石英管内径。
(5)脱氧、封管
加热脱氧炉到240℃后，将石英管放入真空系统脱氧，真空系统4由真空泵及扩散泵组成，将石英管放入高真空接口，拧紧外套，开真空泵，当真空系统的真空度达到8×10-4pa后用氢氧焰将封泡1和石英管3烧结封管，实现对反应区的密封，如图2所示，封管后停止真空泵；
高真空接头5结构如图4所示，橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11交替设置，和不锈钢外套13一起套在装好原料2的石英管3上，放入石英封泡1，接在不锈钢内套15上。不锈钢外套13和不锈钢内套15螺纹连接，将橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11挤压紧，起到密封的作用。待脱氧、封管完毕，真空系统放气，通过不锈钢外套15退螺纹，可以轻松的卸下不锈钢外套13。并可以根据不同的管体尺寸，更换不同尺寸的不锈钢外套13和不锈钢内套15。
(6)合成反应
将从真空系统中卸下的石英管检查真空度，然后放入合成炉中，以150℃/小时的速度升温至700℃，700℃恒温2小时，以150℃/小时的速度升温至1100℃，再恒温3.5小时，以150℃/小时降温至1000℃时停电降温。
(7)取料
用钛条破开石英管取出料锭，除去头部粉状物质，得839重量份碲化镉。
实施例3：第三种高纯碲化镉的制备方法，包括以下步骤：
(1)石英管涂碳处理
如图3所示，待脱氧炉6的炉温达到900℃时，固定好通气管7，以1升/分钟的速度通入氩气，丙酮9中开始冒泡，把丙酮蒸汽带入通气管7。丙酮从通气管出来，在高温条件下裂解，同时，以20cm/10秒的速度移动通气管或清洁后的石英管3，在石英管壁形成一层碳膜。
(2)原料处理：
选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭；
用玛瑙棒将5N碲原料在玛瑙钵里砸碎，使粒径在0.35～0.5mm内待用；筛去粉末，将筛除的碲料在H2气氛下熔化结晶，以备下次使用；配制5％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用离子交换水清洗至中性，用真空干燥箱在80℃干燥。
(3)配料
称量5N镉料471重量份和5N碲料534重量份；
(4)投料
将称量好的碲料分成4份，将称量好的镉料分成3份，按照碲料、镉料、碲料、镉料、碲料、镉料、碲料的先后顺序分别将每份原料投料入涂碳后的石英管；
把封泡放入石英管内，推至距离料区15cm处，其外径略小于石英管内径。
(5)脱氧、封管
加热脱氧炉到280℃后，将石英管放入真空系统脱氧，真空系统4由真空泵及扩散泵组成，将石英管放入高真空接口，拧紧外套，开真空泵，当真空系统的真空度达到10×10-4pa后用氢氧焰将封泡1和石英管3烧结封管，实现对反应区的密封，如图2所示，封管后停止真空泵；
高真空接头5结构如图4所示，橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11交替设置，和不锈钢外套13一起套在装好原料2的石英管3上，放入石英封泡1，接在不锈钢内套15上。不锈钢外套13和不锈钢内套15螺纹连接，将橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11挤压紧，起到密封的作用。待脱氧、封管完毕，真空系统放气，通过不锈钢外套15退螺纹，可以轻松的卸下不锈钢外套13。并可以根据不同的管体尺寸，更换不同尺寸的不锈钢外套13和不锈钢内套15。
(6)合成反应
将从真空系统中卸下的石英管检查真空度，然后放入合成炉中，以200℃/小时的速度升温至800℃，800℃恒温2.5小时，以200℃/小时的速度升温至1150℃，再恒温3小时，以200℃/小时降温至1050℃时停电降温。
(7)取料
用钛条破开石英管取出料锭，除去头部粉状物质，得1000重量份碲化镉。
实施例4：第四种高纯碲化镉的制备方法，包括以下步骤：
(1)石英管涂碳处理
如图3所示，待脱氧炉6的炉温达到1000℃时，固定好通气管7，以1升/分钟的速度通入氩气，丙酮9中开始冒泡，把丙酮蒸汽带入通气管7。丙酮从通气管出来，在高温条件下裂解，同时，以20cm/10秒的速度移动通气管或清洁后的石英管3，在石英管壁形成一层碳膜；
(2)原料处理：
选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭；
用玛瑙棒将5N碲原料在玛瑙钵里砸碎，使粒径在0.5～2mm内待用；筛去粉末，将筛除的碲料在H2气氛下熔化结晶，以备下次使用；配制10％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用离子交换水清洗至中性，用真空干燥箱在100℃干燥；
(3)配料
称量5N镉料400重量份和5N碲料456重量份；
(4)投料
将称量好的碲料分成3份，将称量好的镉料分成2份，按照碲料、镉料、碲料、镉料、碲料的先后顺序分别将每份原料投料入涂碳后的石英管；
把封泡放入石英管内，推至距离料区14cm处，其外径略小于石英管内径。
(5)脱氧、封管
加热脱氧炉到280℃后，将石英管放入真空系统脱氧，真空系统4由真空泵及扩散泵组成，将石英管放入高真空接口，拧紧外套，开真空泵，当真空系统的真空度达到10×10-4pa后用氢氧焰将封泡1和石英管3烧结封管，实现对反应区的密封。如图2所示，封管后停止真空泵；
高真空接头5结构如图4所示，橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11交替设置，和不锈钢外套13一起套在装好原料2的石英管3上，放入石英封泡1，接在不锈钢内套15上。不锈钢外套13和不锈钢内套15螺纹连接，将橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11挤压紧，起到密封的作用。待脱氧、封管完毕，真空系统放气，通过不锈钢外套15退螺纹，可以轻松的卸下不锈钢外套13。并可以根据不同的管体尺寸，更换不同尺寸的不锈钢外套13和不锈钢内套15。
(6)合成反应
将从真空系统中卸下的石英管检查真空度，然后放入合成炉中，以200℃/小时的速度升温至800℃，800℃恒温2小时，以200℃/小时的速度升温至1200℃，再恒温3.5小时，以200℃/小时降温至1050℃时停电降温。
(7)取料
用钛条破开石英管取出料锭，除去头部粉状物质，得850重量份碲化镉。
实施例5：第五种高纯碲化镉的制备方法，包括以下步骤：
(1)石英管涂碳处理
如图3所示，待脱氧炉6的炉温达到1100℃时，固定好通气管7，以0.8升/分钟的速度通入氩气，丙酮9中开始冒泡，把丙酮蒸汽带入通气管7。丙酮从通气管出来，在高温条件下裂解，同时，以15cm/10秒的速度移动通气管或清洁后的石英管3，在石英管壁形成一层碳膜；
(2)原料处理：
选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭；
用玛瑙棒将5N碲原料在玛瑙钵里砸碎，使粒径在0.35～20mm内待用；筛去粉末，将筛除的碲料在H2气氛下熔化结晶，以备下次使用；配制8％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用乙醇清洗至中性，90℃烘干。
(3)配料
称量5N镉料400重量份和5N碲料460重量份；
(4)投料
将称量好的碲料分成4份，将称量好的镉料分成3份，按照碲料、镉料、碲料、镉料、碲料、镉料、碲料的先后顺序分别将每份原料投料入涂碳后的石英管；
把封泡放入石英管内，推至距离料区12cm处，其外径略小于石英管内径。
(5)脱氧、封管
加热脱氧炉到240℃后，将石英管放入真空系统脱氧，真空系统4由真空泵及扩散泵组成，将石英管放入高真空接口，拧紧外套，开真空泵，当真空系统的真空度达到8×10-4pa后用氢氧焰将封泡1和石英管3烧结封管，实现对反应区的密封。如图2所示，封管后停止真空泵；
高真空接头5结构如图4所示，橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11交替设置，和不锈钢外套13一起套在装好原料2的石英管3上，放入石英封泡1，接在不锈钢内套15上。不锈钢外套13和不锈钢内套15螺纹连接，将橡胶垫圈10、不锈钢垫圈11挤压紧，起到密封的作用。待脱氧、封管完毕，真空系统放气，通过不锈钢外套15退螺纹，可以轻松的卸下不锈钢外套13。并可以根据不同的管体尺寸，更换不同尺寸的不锈钢外套13和不锈钢内套15。
(6)合成反应
将从真空系统中卸下的石英管检查真空度，然后放入合成炉中，以150℃/小时的速度升温至700℃，700℃恒温2小时，以150℃/小时的速度升温至1160℃，再恒温3.5小时，以150℃/小时降温至1000℃时停电降温。
(7)取料
用钛条破开石英管取出料锭，除去头部粉状物质，得851重量份碲化镉。
表1 5N高纯碲化镉杂质元素GD-MS测试数据(浓度：ppb)
| Si28(MR) | 539.9802 | 516.3564 | 504.5635 |
| Ca44(MR) | 19.8737 | 11.0141 | 6.7151 |
| Cr52(MR) | 1.4904 | 1.8512 | 1.4277 |
| Si28(MR) | 539.9802 | 516.3564 | 504.5635 |
| Fe56(MR) | 144.4963 | 109.4437 | 58.0333 |
| Ni60(MR) | 222.5717 | 235.2649 | 251.7308 |
| Cu63(MR) | 177.7133 | 98.1144 | 80.9804 |
| Zn66(MR) | 3.3865 | 2.215 | 2.9279 |
| As75(HR) | 3.2125 | 2.0334 | 3.0946 |
| Ag109(HR) | 9.4527 | 11.6302 | 9.2453 |
| Cd114(MR) | 441012303.9 | 439130141.2 | 438046721.9 |
| Cd114(HR) | 392691298.7 | 406847418.2 | 401984040.7 |
| Sn119(MR) | 1.0439 | 1.2385 | 0.2987 |
| Te130(MR) | 558951167 | 560833417 | 561916172.5 |
| Te130(HR) | 607269142.4 | 593113861.6 | 597975444.3 |
| Pb208(MR) | 135.9255 | 139.9378 | 143.3827 |
| Bi209(MR) | 6.2306 | 4.305 | 4.836 |
Claims (6)
1.一种高纯碲化镉的制备方法，其特征在于该方法主要包括以下步骤：
(1)石英管涂碳处理
在清洁的石英管内采用热解反应沉积碳膜；
(2)原料处理
选取粒径小于石英管内壁的纯度5N的镉锭，然后清洗掉表面的氧化层，使其表面呈现白色金属光泽后待用；
将纯度5N的碲料破碎，使粒径在0.35-20mm内待用；
(3)配料
称量质量配比为1∶1.1～1.15的5N镉料与5N碲料；
(4)投料
将称量好的碲料按照加料的次数N分成N份，将称量好的镉料分成N-1份，将每份碲料和每份镉料交替加入经过涂碳处理的石英管且最先加入碲料、最后加入碲料，其中N≥2；
(5)脱氧、封管
加热脱氧炉到200℃～280℃后，将石英管放入真空系统脱氧，当真空系统的真空度达到5×10-4pa～10×10-4pa后将石英管封管，封管后停止脱氧；
(6)合成反应
将从真空系统中卸下的石英管放入合成炉中，以100℃～200℃/小时的速度缓慢升温至600℃～800℃，恒温1.5～2.5小时，后以100～200℃/小时的速度缓慢升温至1100～1200℃，再恒温2.5～3.5小时，以100-200℃/小时的速度缓慢降温至900℃～1050℃；
(7)取料
破开石英管取出碲化镉产品。
2.根据权利要求1所述的高纯碲化镉的制备方法，其特征在于，所述的石英管涂碳处理是这样进行的：加热炉温到800～1100℃，固定好通气管，以0.5～1升/分钟的速度通入高纯氩气鼓泡输送丙酮蒸汽进入石英管，同时，以10～20cm/10秒的速度移动载有石英管的加热炉。
3.根据权利要求1所述的高纯碲化镉的制备方法，其特征在于，所述的5N镉料清洗掉表面氧化层的过程是：配制5％～10％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用乙醇清洗至中性，80℃～100℃烘干。
4.根据权利要求1所述的高纯碲化镉的制备方法，其特征在于，所述的5N镉料清洗掉表面氧化层的过程是：配制5％～10％的硝酸与乙醇混合液，浸泡5N镉料，表面呈现白色金属光泽后用离子交换水清洗至中性，用真空干燥箱在80℃～100℃干燥。
5.根据权利要求1所述的高纯碲化镉的制备方法，其特征在于，所述的封管过程为：把封泡放入石英管内，推至距离料区10～15cm处，用氢氧焰将封泡和石英管烧结封管。
6.根据权利要求1所述的高纯碲化镉的制备方法，其特征在于：将石英管通过高真空接口放入真空系统进行脱氧，所述的高真空接口通过螺纹，分别和石英管、真空系统连接成一体。
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