DD251335A1 - Verfahren zur herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-aluminiumfluorid - Google Patents
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Abstract
Erfindungsbetreff ist ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid aus eisenhaltigem, dehydratisiertem Aluminiumfluorid durch Sublimation fuer den Einsatz in der Opto- und Mikroelektronik. Erfindungsziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das die Herstellung von wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid unter Vermeidung des Einsatzes reinster Ausgangsstoffe und von Reinstbedingungen ermoeglicht und gewaehrleistet, dass das so gewonnene alpha-Aluminiumfluorid den hohen Anforderungen an die Reinheit, insbesondere an den Eisengehalt im Spurenelementbereich, fuer den Einsatz in der Opto- und Mikroelektronik entspricht. Erfindungsaufgabe ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem aus einem eisenhaltigen, dehydratisierten Aluminiumfluorid durch Sublimation eine Herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid moeglich ist. Erfindungsgemaess wird eisenhaltiges, wasserfreies alpha-Aluminiumfluorid, das bis zu 7 Ma.-% Wasser enthalten kann, vor dem Sublimieren bei einem Unterdruck kleiner oder gleich 1 Torr unter Aufheizen bei einer Temperatur zwischen 650C und 1 000C getempert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid aus eisenhaltigem, dehydratisiertem Aluminiumfluorid durch Sublimation für den Einsatz in der Opto- und Mikroelektronik, insbesondere für die Herstellung von Displays und Lichtleitern.
Für den Einsatz von wasserfreiem Aluminiumfluorid in der Opto- und Mikroelektronik, insbesondere für die Herstellung von Displays und Lichtleitern, werden sehr hohe Anforderungen an die Reinheit gestellt, insbesondere an einen Eisengehalt im Spurenelementbereich.
Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, mit denen wasserfreies Aluminiumfluorid hergestellt wird. Das dabei zum Teil in beträchtlichen Mengen gewonnene Aluminiumfluorid wird beispielsweise als Flußmittel bei der elektrolytischen Aluminiumgewinnung und als Glasurmittel in der keramischen Industrie eingesetzt. Die Reinheit des nach diesen Verfahren hergestellten wasserfreien Aluminiumfluoride entspricht nicht den sehr hohen Reinheitsanforderungen im Spurenelementbereich für den Einsatz in der Opto-und Mikroelektronik.
In einer DD-Patentanmeldung wurde ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid vorgeschlagen, das den Reinheitsanforderungen für den Einsatz in der Opto- und Mikroelektronik entspricht. Verfahrensgemäß wird unter Reinstbedingungen aus reinsten Ausgangsstoffen kristallines Diammoniumpentafluoraluminat-Monohydrat, hergestellt, dieses im Inertgasstrom dehydratisiert und thermisch gespalten und das dabei gebildete gamma-Aluminiumfluorid quantitativ in die alpha-Modifikation umgewandelt. Das verfahrensgemäß hergestellte alpha-Aluminiumfluorid enthält mindestens 98 Ma.-% AIF3, höchstens 2 Ma.-%AI2O3 und weniger als 5 ppm Eisen und hat einen Glühverlust von weniger als 0,5Ma.-% (gemessen bei 5000C unter Luftzutritt) sowie höchstens 0,05Ma.-% SiO2. Nachteilig ist insbesondere der große technisch-ökonomische Aufwand für die reinsten Ausgangsstoffe und zur Gewährleistung der Reinstbedingungen. Es ist nun bekannt, daß wasserfreies Aluminiumfluorid unter Normaldruck bei 12600C sublimiert (Chemiker-Kalender; Springer-Verlag Berlin-Göttingen-Heidelberg 1956, Seite 50 und 51). Ferner ist aus Bull. Soc. Chim. France 19691, Seite 267, bekannt, daß Aluminiumoxid von wasserfreiem Aluminiumfluorid durch Sublimation getrennt werden kann. Die Sublimation des wasserfreien Aluminiumfluorids erfolgt dabei unter Normaldruck bei 12500C bzw. im Vakuum bei 10500C. Dieser Veröffentlichung sind jedoch keine Hinweise zu entnehmen, daß neben der AI2O3-AIF3-Trennunr< auch eine Verringerung weiterer Verunreinigungen bis in der Spurenelementbereich erfolgt, insbesondere von Eisen.
Zum Hochtemperaturverhalten von Eisenf luorid sind der Literatur nur sehr widersprüchliche Angaben zu entnehmen. Während im Chemiker-Kalender; Springer-Verlag Berlin-Göttingen-Heidelberg 1956, Seite 76 und 77, ein Schmelzpunkt für Eisenf luorid von 10300C angegeben wird, ist aus Barin — Knacke „Thermochemical properties of inorganic substances", Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1973, Seite 279 eine Sublimationstemperatur von 927°C zu entnehmen. Die Extrapolation der in J. inorg. nucl. Chem. 29 (1967) 673 angegebenen Temperatur ergibt dagegen eine Sublimationstemperaturvon 1115°C. Diese unterschiedlichen Angaben sind auf die schon in Z. anorg.allg. Chem. 183(1929)199 beschriebene extreme Hydrolyseempfindlichkeit und HF-Dampfflüchtigkeit des Eisenfluorids zurückzuführen. Die Hydrolyseempfindlichkeit des Eisenfluorids ist so groß, daß schon Spuren von Wasser, die selbst im Vakuum oder im Inertgasstrom auch beim Einsatz entwässerter Produkte nicht völlig ausgeschlossen werden können, zur Bildung von Fe2O3 und HF führen. Damit entsteht einerseits das nichtflüchtige Fe2O3, andererseits aber auch der eine Eisenfluoridverflüchtigung begünstigende Fluorwasserstoff. Bei Anwesenheit von Aluminiumfluorid erfolgt auch eine partielle Hydrolyse des Aluminiumfluorids und damit eine Erhöhung der HF-Konzentration. Somit sind Abscheidungen von Fe2O3 und Eisenfluoridverflüchtigungen im HF-Strom in einem sehr weiten Temperaturgebiet sowohl im Schüttbett als auch im Gasraum möglich. Diese komplizierten Reaktionsfolgen führen im allgemeinen zu einer Verteilung der Eisenverbindungen im gesamten
Reaktionssystem, was einer Abtrennung von Eisenverunreinigungen bis in den Spurenbereich entgegensteht. Auch die drastische Erhöhung der HF-Konzentration mit dem Ziel, Fe2O3 in FeF3 überführen, ist nicht möglich, da dann durch Bildung von Aluminiumfluoridgaskomplexen die Aluminiumfluoridverdampfung schon bei 700°C einsetzt, die Temperaturgebiete von Eisen-und Aluminiumverdampfung überlappen, und damit eine Trennung auf sublimativem Wege unmöglich macht.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung von wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid unter Vermeidung des Einsatzes von reinsten Ausgangsstoffen und von Reinstbedingungen ermöglicht und gewährleistet, daß das so gewonnene alpha-Aluminiumfluorid den hohen Anforderungen an die Reinheit, insbesondere an den Eisengehalt im Spurenelementbereich, für den Einsatz in der Opto- und Mikroelektronik, insbesondere für die Herstellung von Displays und Lichtleitern, entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem aus einem eisenhaltigen dehydratisierten . Aluminiumfluorid durch Sublimation eine Herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid möglich ist. Man erhält erfindungsgemäße hochreines, wasserfreies alpha-Aluminiumfluorid, das bis zu 7Ma.-% Wasser, vorzugsweise bis zu 2 Ma.-%, enthalten kann, vor dem Sublimieren bei einem Unterdruck kleiner oder gleich 1 Torr unter Aufheizen bei einer Temperatur zwischen 65O0C und 10000C tempert.
Das Tempern des dehydratisierten Aluminiumfluorids unter Aufheizen kann unter Berücksichtigung des Eisengehalts erfolgen, indem das Aufheizen
— mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 K/min und 30 K/min bei dem Unterdruck auf die Temper-Temperatur erfolgt und man diese Temperatur während einer Zeit zwischen 30min und 180min bei dem Unterdruck hält oder
— mit einer Geschwindigkeit zwischen 1,5 K/min und3K/min bei dem Unterdruck auf die Temper-Temperatur erfolgt und man diese Temperatur während einer Zeit von höchstens 5 min bei dem Unterdruck hält.
Das Tempern und das Sublimieren kann man in zwei Verfahrensstufen vornehmen, wobei die Abscheidung der Eisenverunreinigungen, die durch das Tempern verflüchtigt werden, und die Abscheidung des sublimierten Aluminiumfluorids in verschiedene Desublimatoren vorgenommen werden können. Der Desublimator des Aluminiumfluorids sollte dabei in Abhängigkeit von Durchmesser und Temperaturgradient so gestaltet sein, daß nach Abscheidung der maximalen Menge von Aluminiumfluorid eine freie Öffnung von mindestens 2% des ursprünglichen Durchmessers erhalten bleibt. Es ist als überraschend anzusehen, daß man unter den erfindungsgemäßen Temperbedingungen aus einem eisenhaltigen, dehydratisierten Aluminiümflubrid, das bis zu 7 Ma.-% Wasser enthalten kann, die durch die Hydrolysevorgänge gebildeten HF-Mengen so regulieren und dabei die Eisenverunreinigungen derart verflüchtigen kann, daß man den Eisengehalt des Aluminiumfluorids, insbesondere auch den, der in Aluminiumfluorid-Körnern eingeschlossen ist, bis in den Spurenelementbereich abzureichern in der Lage ist. Bereits enthaltene und/oder auch gebildete Verunreinigungen an Aluminiumoxid verbleiben im Sublimationsrückstand des Aluminiumfluorids. Das erfindungsgemäß hergestellte alpha-Aluminiumflurorid enthält mindestens 98Ma.-% AIF3, höchstens 2 Ma.-% AI2O3 und weniger als 5ppm Eisen und hat einen Glühverlust von weniger als 0,5Ma.-% (gemessen bei 500°C unter Luftzutritt) sowie höchstens 0,0005 Ma.-% Si.
Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, wobei die Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
30g dehydratisiertes, 900 ppm Eisen und 2 Ma.-% Wasser enthaltendes AIF3 wurde bei einem Druck von 1 Torr mit einer Geschwindigkeit von 7,5 K/min auf 950 0C aufgeheizt und 60 min bei dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen im Vakuum wurde das so erhaltene Produkt in einer zweiten Verfahrensstufe bei 1 Torr und 10500C sublimiert.
Ausbeute: 72%
Fe-Gehalt: 5 ppm
Am (5000C): 0,2%
AI2O3-Gehalt: < 1 %
42g dehydratisiertes, 200 ppm Eisen enthaltendes AIF3 wurde bei einem Druck von 1 Torr mit einer Geschwindigkeit von 9 K/min auf 950°C aufgeheizt und 75min bei diesen Bedingungen behandelt. Anschließend wurde das Produkt auf 10500C aufgeheizt und sublimiert.
Ausbeute: 86%
Fe-Gehalt: 1,8 ppm
Am (500X): 0,2%
AI2O3-Gehalt: <2%
Si-Gehalt: 0,0002%
1 tQg dehydratisiertes, 10 ppm Eisen enthaltendes AIF3 wurde bei einem Druck von 1 Torr aufgeheizt. Die Aufheizgeschwindigkeit über 6500C betrug 2 K/min, das Produkt wurde 5 min bei 950°C gehalten, anschließend auf 10500C aufgeheizt und sublimiert.
Ausbeute: 88%
Fe-Gehalt: < 1 ppm Δχπ(500°Ο:0,2%
Ai2O3-GeIIaIt: < 1 % SS-Gehalt: 0,0002%
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-Aluminiumfluorid aus eisenhaltigem, dehydratisiertem Aluminiumfluorid durch Sublimation, gekennzeichnet dadurch, daß man vor dem Sublimieren das eisenhaltige, dehydratisierte Aluminiumfluorid bei einem Unterdruck kleiner oder gleich 1 Torr unter Aufheizen bei einer Temperatur zwischen 6500C und 1000°C tempert.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man das eisenhaltige, dehydratisierte Aluminiumfluorid mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 K/min bei dem Unterdruckauf die Temper-Temperatur aufheizt und diese Temperatur während einer Zeit zwischen 30min und 180min bei dem Unterdruck hält.
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man das eisenhaltige, dehydratisierte Aluminiumfluorid mit einer Geschwindigkeit zwischen 1,5 K/min und 3 K/min bei dem Unterdruck auf dieTemper-Temperatur aufheizt und diese Temperatur während einer Zeit von höchstens 5 min bei dem Unterdruck hält.
4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das eisenhaltige, dehydratisierte Aluminiumfluorid bis zu 7Ma.-% Wasser, vorzugsweise bis zu 2 Ma.-%, enthält.
5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die Sublimation bei einer Temperatur zwischen 97O0C und 125p°C und einem Unterdruck zwischen 1 Torr und 20 Torr vornimmt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD29271086A DD251335A1 (de) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | Verfahren zur herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-aluminiumfluorid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD29271086A DD251335A1 (de) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | Verfahren zur herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-aluminiumfluorid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD251335A1 true DD251335A1 (de) | 1987-11-11 |
Family
ID=5581071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD29271086A DD251335A1 (de) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | Verfahren zur herstellung von hochreinem, wasserfreiem alpha-aluminiumfluorid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD251335A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4983373A (en) * | 1988-11-23 | 1991-01-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for the production of high purity zirconium tetrafluoride and other fluorides |
-
1986
- 1986-07-21 DD DD29271086A patent/DD251335A1/de not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4983373A (en) * | 1988-11-23 | 1991-01-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for the production of high purity zirconium tetrafluoride and other fluorides |
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