CN114534626A - 一种高纯四氟化硅裂解反应器 - Google Patents

一种高纯四氟化硅裂解反应器 Download PDF

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CN114534626A CN202210222172.8A CN202210222172A CN114534626A CN 114534626 A CN114534626 A CN 114534626A CN 202210222172 A CN202210222172 A CN 202210222172A CN 114534626 A CN114534626 A CN 114534626A
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Abstract

一种高纯四氟化硅裂解反应器，涉及四氟化硅制备技术领域。高纯四氟化硅裂解反应器包括反应器本体，由柱形侧壁、半球形底壁和顶壁围成，半球形底壁上开设有排污口，排污口上盖设有与半球形底壁配合的曲形挡板；加热装置，设置在侧壁的外侧；刮刀组件，连接至顶壁；刮刀组件包括竖直伸缩机构、对称设置在竖直伸缩杆两侧且的支撑杆，以及连接至支撑杆的多个半圆刮刀，半圆刮刀的外径、柱形侧壁内径和半球形底壁的内径相同；清洗组件；污垢收集箱，连接至半球形底壁；数据终端，连接至刮刀组件、清洗组件、反应器本体和加热装置。上述高纯四氟化硅裂解反应器能够在不拆卸裂解反应器的情况下对裂解反应器内部进行清洗，并且通过高压水彻底排污。

Description

一种高纯四氟化硅裂解反应器
技术领域
本发明涉及四氟化硅制备技术领域，具体而言，涉及一种高纯四氟化硅裂解反应器。
背景技术
四氟化硅（SiF4）在四卤代硅烷族化合物中具有最高的硅原子比例（约27%），稳定的Si-F化学键能（541.0 kJ/mol），以及不易燃、不易爆的特点。四氟化硅在电子和半导体行业中主要用于low-k值SiO2的化学气相沉积、含氟离子掺杂以及氮化硅、硅化钽的蚀刻剂。
四氟化硅的制备方法包括二氧化硅萤石硫酸法、氟硅酸盐裂解法、氟硅酸盐硫酸法等。其中，氟硅酸盐裂解法的特点是避免了浓硫酸的使用，不产生硫酸钙浆状废渣，更进一步提高了安全和环保性。但是在裂解过程中随着裂解的进行，原料与裂解反应器接触的侧壁和底壁上会生成二氧化硅，上述固体二氧化硅与反应器接触紧密，需要在反应结束后打开反应器进行清洗，不利于反应的连续化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯四氟化硅裂解反应器，其能够在不拆卸裂解反应器的情况下对裂解反应器内部进行清洗，并且通过高压水彻底排污。
本发明的实施例是这样实现的：
一种高纯四氟化硅裂解反应器，其包括反应器本体，其上端设置有加料口、产品气出口和抽真空口；反应器本体由柱形侧壁、半球形底壁和顶壁围成，半球形底壁上开设有排污口，排污口上盖设有与半球形底壁配合的曲形挡板；
加热装置，设置在侧壁的外侧；
刮刀组件，设置在高纯四氟化硅裂解反应器内且连接至顶壁；刮刀组件包括竖直伸缩机构、对称设置在竖直伸缩杆两侧且转动连接至竖直伸缩杆的支撑杆，以及连接至支撑杆且水平设置的多个半圆刮刀，半圆刮刀的外径、柱形侧壁内径和半球形底壁的内径相同；
清洗组件，包括多个设置在顶壁的安装座和转动安装至安装座的高压水喷头；
污垢收集箱，连接至半球形底壁且能够通过排污口与反应器本体连通；
数据终端，连接至刮刀组件、清洗组件、反应器本体和加热装置。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述竖直伸缩机构包括从内至外依次套设的第一内伸缩管、第二内伸缩管、外伸缩管，以及传动组件，传动组件连接至第一内伸缩管、第二内伸缩管和外伸缩管。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述传动组件包括两侧设置有齿条且连接至第一内伸缩管的传动板、对称设置在外伸缩管内壁且与齿条平行设置的外齿条，以及与外齿条和齿条配合的齿轮、固定连接至齿轮中心的转轴，以及连接至转轴的第一电机，转轴与第二内伸缩管活动连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第二内伸缩管上开设有允许齿轮贯穿的通孔，第二内伸缩管上设置有向内延伸且靠近通孔的安装板，转轴与安装板通过轴承滑动连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述外伸缩管的内壁开设有两个容纳外齿条的容纳槽。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述外齿条和齿条的两端设置有限位块。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述连接至同一支撑杆的多个半圆刮刀在竖直方向上间隔设置。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述柱形侧壁上还设置有高温氮气入口。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述安装座包括两个相对设置的连接臂、水平延伸的连接轴，以及连接至连接轴的第二电机；连接轴活动连接至连接臂；高压水喷头固定连接至连接轴。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述支撑杆固定连接至水平设置的支撑转轴，支撑转轴与第一内伸缩管活动连接，支撑转轴连接至支撑电机。
与现有技术相比，本发明高纯四氟化硅裂解反应器的有益效果是：一种高纯四氟化硅裂解反应器，能够通过刮刀组件和清洗组件对高纯四氟化硅裂解反应器内部进行彻底清理，彻底清除反应结束后留在侧壁和内壁的SiO2，提升了整个工艺的自动化程度，若多个高纯四氟化硅裂解反应器并联使用，能够达到连续化生产，且无需人工操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例高纯四氟化硅裂解反应器的结构示意图；
图2为本发明实施例竖直伸缩机构的结构示意图；
图3为本发明实施例反应器本体和刮刀组件的结构示意图；
图4为图1中A处的放大图；
图5为顶壁和清洗组件的结构示意图。
图标：100-高纯四氟化硅裂解反应器；110-反应器本体；120-加热装置；130-刮刀组件；150-清洗组件；160-污垢收集箱；170-数据终端；111-柱形侧壁；112-半球形底壁；113-顶壁；114-加料口；115-产品气出口；116-抽真空口；117-高温氮气入口；118-排污口；119-弧形挡板；131-竖直伸缩机构；132-支撑杆；133-半圆刮刀；134-第一内伸缩管；135-第二内伸缩管；136-外伸缩管；141-传动组件；142-传动板；143-外齿条；144-齿轮；145-转轴；146-第一电机；147-齿条；148-容纳槽；149-限位块；151-安装座；152-高压水喷头；153-连接臂；154-连接轴；155-第二电机；191-第一方向；193-第三方向；194-安装圆；195-安装板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参照图1，本实施例提供一种高纯四氟化硅裂解反应器100，其包括反应器本体110、加热装置120、刮刀组件130、清洗组件150、污垢收集箱160和数据终端170。上述刮刀组件130和清洗组件150设置在高纯四氟化硅裂解反应器100内且连接至高纯四氟化硅裂解反应器100的顶壁113。污垢收集箱160连接至反应器本体110的底部。数据终端170，连接至刮刀组件130、清洗组件150和反应器本体110。加热装置120设置在反应器本体110外侧。
请继续参照图1，反应器本体110由柱形侧壁111、半球形底壁112和顶壁113围成。顶壁113上设置有加料口114、产品气出口115。柱形侧壁111上设置有抽真空口116和高温氮气入口117。加料口114用于一次性加入原料，产品气出口115用于反应气体的及时排出。抽真空口116用于对反应器本体110抽真空。高温氮气入口117用于清洗结束后，对反应器本体110内部进行吹扫，排出水蒸气。柱形侧壁111外侧设置有用于提供反应特定温度的加热装置120，上述加热装置120连接至数据终端170。应当理解，在本实施例中设置有高温氮气入口117，用以在清洗结束后将反应器本体110内的水分带出。在其他实施例中，柱形侧壁111上也可以没有高温氮气入口117，通过加热装置120加热，使得反应器本体110内的水分，蒸发成水蒸气并通过抽真空口116排出，也能够达到去除反应器本体110内水分的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
请继续参照图1，半球形底壁112的中心开设有排污口118。排污口118上盖设有与半球形底壁112配合的弧形挡板119，上述弧形挡板119与半球形底壁112通过合页转动连接。弧形挡板119与半球形底壁112共同围成半球形，上述半球形和刮刀组件130配合。
请继续参照图1，刮刀组件130设置在高纯四氟化硅裂解反应器100内且连接至顶壁113。在本实例中，刮刀组件130包括竖直伸缩机构131、两个支撑杆132和多个半圆刮刀133。上述两个支撑杆132对称设置在竖直伸缩杆两侧，并且转动连接至竖直伸缩杆上。上述半圆刮刀133水平设置且连接至支撑杆132。在本实施中半圆刮刀133有四个，两两连接至同一个支撑杆132，且连接至同一支撑杆132的两个半圆刮刀133在竖直方向上间隔设置。设置两个刮刀能够更快更好的进行清理工作。在其他实施例中，半圆刮刀133也可以是其他数量，只要能够实现将侧壁和底壁上的SiO2清除的技术效果，都在本实施例的保护范围中。
请参照图2，竖直伸缩机构131包括第一内伸缩管134、第二内伸缩管135、外伸缩管136和传动组件141。其中，第一内伸缩管134、开设有通孔的第二内伸缩管135、外伸缩管136从内至外依次套设。传动组件141连接至第一内伸缩管134、第二内伸缩管135和外伸缩管136。
请继续参照图2和图3，支撑杆132转动连接至第一内伸缩管134。支撑杆132和第一内伸缩杆的连接处通过支撑转轴145（图中未示出）和支撑电机（图中未示出）实现转动连接。其中，支撑杆132固定连接至水平设置的支撑转轴145。支撑转轴145与第一内伸缩管134活动连接。支撑转轴145连接至支撑电机。在支撑电机的带动下，支撑转轴145带动刮刀沿着第三方向193，在半球形底壁112来回运动。
请继续参照图2，传动组件141包括传动板142、外齿条143、齿轮144、转轴145和第一电机146。传动板142沿着整个第一内伸缩管134的方向延伸且连接至第一内伸缩管134，且其两侧设置有齿条147。外齿条143对称设置在外伸缩管136内壁且与齿条147平行设置。齿轮144通过通孔贯穿第二内伸缩管135，并且，外齿条143和齿条147均与齿轮144配合。齿轮144转动时能够与外伸缩管136发生相对运动，同时带动内伸缩管发生与齿轮144的运动方向相反的运动。如图，齿轮144沿着第一方向191运动时，齿轮144竖直向下运动，齿轮144带动第一内伸缩管134沿着第一方向191运动，实现伸缩机构的伸展。齿轮144中心固定连接有转轴145，上述转轴145连接至第一电机146。并且，转轴145与第二内伸缩管135活动连接。第二内伸缩管135上设置有向内延伸且靠近通孔的安装板195。转轴145与安装板195通过轴承滑动连接，进而实现转轴145与第二内伸缩管135的活动连接。需要说明的是，在其他实施例中，转轴145也可以通过其他结构实现与第二内伸缩管135的活动连接，只要能够实现二者的活动连接，都在本实施例的保护范围中。外齿条143和齿条147的两端设置有限位块149。在伸缩的过程中能够对位置进行限定。
需要说明的是，在本实施例中外伸缩管136的内壁开设有两个容纳外齿条143的容纳槽148。在其他实施例中，外齿条143也可以直接设置在外伸缩管136的内壁上。只要能够实现外齿条143和齿轮144配合的技术效果，都在本实施例的保护范围你中。
请参照图1、图4和图5，清洗组件150包括多个安装座151和高压水喷头152。安装座151设置在反应器本体110的顶壁113。高压水喷头152活动设置在安装座151上。安装座151包括两个相对设置的连接臂153、水平延伸的连接轴154，以及连接至连接轴154的第二电机155。其中，连接轴154活动连接至两个连接臂153。高压水喷头152固定连接至连接轴154。在本实施例中，安装座151设置有6个，且以顶壁113的中心为圆心围成安装圆194。为了达到全方位进行均匀清洗的技术效果，每个连接轴154所在的方向与安装圆194的切线平行。连接轴154转动时，能够带动高压水喷头152上下摆动，实现特定区域内，竖直方向上能够来回清洗。
请继续参照图1，污垢收集箱160连接至半球形底壁112。并且，污垢收集箱160能够通过排污口118与反应器本体110连通。上述弧形挡板119与半球形底壁112通过合页转动连接。弧形挡板119转动时，排污口118打开实现废料和清洗高压水的排出。
请继续参照图1，数据终端170，用于控制整个反应器的工作。竖直伸缩机构131中的第一电机146连接至上述数据终端170，以便反应结束后控制竖直伸缩机构131的第一内伸缩管134运动，带动半圆刮刀133上下运动，实现SiO2的清除。清洗组件150的高压水喷头152的开关和第二电机155连接至数据终端170，实现刮刀组件130工作后的清洗工作。连接底壁和曲形挡板的合页连接至数据终端170，在裂解反应结束后打开，配合刮刀组件130和清洗组件150进行SiO2的清洗工作。数据终端170还连接至加料口114、产品气出口115、抽真空口116和高温氮气入口117。实现不同反应阶段，3者的配合协调。加热装置120连接至数据终端170，用以提供裂解反应的高温环境。数据终端170还连接至支撑电机（图中未示出），实现支撑杆132和第一内伸缩杆转动连接的控制。
请参照图1-图5，本发明的实施例提供的高纯四氟化硅裂解反应器100的工作原理是：1、关闭高纯四氟化硅裂解反应器100所有开关，打开加料口114，加料后关闭加料口114。2、打开抽真空口116进行抽真空，完成后关闭抽真空口116，并通过数据终端170控制加热装置120至特定反应温度进行裂解反应，同时打开产品气出口115，将产品气及时抽出。3、裂解完成后，关闭产品气出口115，开启曲形挡板和第一电机146，使得竖直伸缩机构131伸展，半圆刮刀133在带动下，自上而下对柱形侧壁111上的SiO2进行清理。4、当半圆刮刀133运动至半球形底壁112时，数据终端170关闭第一电机146，且启动支撑电机，带动支撑转轴145转动使得半圆刮刀133能够绕着水平方向转动，实现半球形底壁112的清理，半圆刮刀133刮下的SiO2通过排污口118排出至污垢收集箱160。5、半圆刮刀133上下来回运动，重复多次清理柱形侧壁111和半球形底壁112上的SiO2，直至反应器本体110内壁的SiO2去除干净。6、开启高压水喷头152的开关和第二电机155，实现反应器本体110内壁的彻底清洁，且污水通过排污口118排出至污垢收集箱160。7、关闭曲形挡板，半圆刮刀133对曲形挡板进行清洗后，再开启曲形挡板进行排污。8、关闭曲形挡板、高压水喷头152的开关、第二电机155和支撑电机停止清洁，同时开启高温氮气入口117、抽真空口116和第一电机146（使得竖直伸缩机构131收缩），用高温氮气吹扫反应器本体110，至反应器本体110内的水蒸气和气体排出。9、关闭高温氮气入口117、抽真空口116和第一电机146，开启加料口114，加料后，开启抽真空口116，达到需要真空度后，开启加热装置120进行反应。
综上所述，本发明提供一种高纯四氟化硅裂解反应器，其能够通过刮刀组件和清洗组件对高纯四氟化硅裂解反应器内部进行彻底清理，彻底清除反应结束后留在侧壁和内壁的SiO2，提升了整个工艺的自动化程度，若多个高纯四氟化硅裂解反应器并联使用，能够达到连续化生产，且无需人工操作。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，其包括
反应器本体，其上端设置有加料口、产品气出口和抽真空口；所述反应器本体由柱形侧壁、半球形底壁和顶壁围成，所述半球形底壁上开设有排污口，所述排污口上盖设有与所述半球形底壁配合的曲形挡板；
加热装置，设置在所述侧壁的外侧；
刮刀组件，设置在所述高纯四氟化硅裂解反应器内且连接至所述顶壁；所述刮刀组件包括竖直伸缩机构、对称设置在所述竖直伸缩杆两侧且转动连接至所述竖直伸缩杆的支撑杆，以及连接至所述支撑杆且水平设置的多个半圆刮刀，所述半圆刮刀的外径、所述柱形侧壁内径和所述半球形底壁的内径相同；
清洗组件，包括多个设置在所述顶壁的安装座和转动安装至所述安装座的高压水喷头；
污垢收集箱，连接至所述半球形底壁且能够通过排污口与所述反应器本体连通；
数据终端，连接至所述刮刀组件、所述清洗组件、所述反应器本体和所述加热装置。
2.根据权利要求1所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述竖直伸缩机构包括从内至外依次套设的第一内伸缩管、第二内伸缩管、外伸缩管，以及传动组件，所述传动组件连接至所述第一内伸缩管、所述第二内伸缩管和所述外伸缩管。
3.根据权利要求2所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述传动组件包括两侧设置有齿条且连接至所述第一内伸缩管的传动板、对称设置在所述外伸缩管内壁且与所述齿条平行设置的外齿条，以及与所述外齿条和齿条配合的齿轮、固定连接至所述齿轮中心的转轴，以及连接至所述转轴的第一电机，所述转轴与所述第二内伸缩管活动连接。
4.根据权利要求3所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述第二内伸缩管上开设有允许所述齿轮贯穿的通孔，所述第二内伸缩管上设置有向内延伸且靠近所述通孔的安装板，所述转轴与所述安装板通过轴承滑动连接。
5.根据权利要求4所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述外伸缩管的内壁开设有两个容纳所述外齿条的容纳槽。
6.根据权利要求4所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述外齿条和所述齿条的两端设置有限位块。
7.根据权利要求1所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，连接至同一所述支撑杆的所述多个半圆刮刀在竖直方向上间隔设置。
8.根据权利要求1所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述柱形侧壁上还设置有高温氮气入口。
9.根据权利要求1所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述安装座包括两个相对设置的连接臂、水平延伸的连接轴，以及连接至所述连接轴的第二电机；所述连接轴活动连接至所述连接臂；所述高压水喷头固定连接至所述连接轴。
10.根据权利要求1所述的一种高纯四氟化硅裂解反应器，其特征在于，所述支撑杆固定连接至水平设置的支撑转轴，所述支撑转轴与第一内伸缩管活动连接，所述支撑转轴连接至支撑电机。
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