SU899464A1 - Process for producing silicon disulphide - Google Patents

Process for producing silicon disulphide Download PDF

Info

Publication number
SU899464A1
SU899464A1 SU802927835A SU2927835A SU899464A1 SU 899464 A1 SU899464 A1 SU 899464A1 SU 802927835 A SU802927835 A SU 802927835A SU 2927835 A SU2927835 A SU 2927835A SU 899464 A1 SU899464 A1 SU 899464A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
silicon
sulfur
ampoule
product
disulfide
Prior art date
Application number
SU802927835A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Эрнестович Горш
Ната Ивановна Мацкевич
Original Assignee
Институт Неорганической Химии Со Ан Ссср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Неорганической Химии Со Ан Ссср filed Critical Институт Неорганической Химии Со Ан Ссср
Priority to SU802927835A priority Critical patent/SU899464A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU899464A1 publication Critical patent/SU899464A1/en

Links

Description

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСУЛЬФИДА КРЕМНИЯ(54) METHOD FOR OBTAINING SILICON DISLIPHIDE

1one

Изобретение относитс  к препаративной неорганической химии и касаетс  способов получени  дисульфида кремни , который находит применение в качесгве вещества-источника летучего соединени  кремни  и как исходное вещество дл  синтеза кремний-органических соединений .This invention relates to preparative inorganic chemistry and concerns methods for producing silicon disulfide, which is used as a source material for a volatile silicon compound and as a starting material for the synthesis of silicon-organic compounds.

Известен синтез дисульфида кремни  из злементов в эвакуированной ампуле, разработанный Малатестой, согласно которому кремний и сера смешиваетс  в порошкообразном состо5шин с небольшим количеством BaOj (в качестве катализатора). Синтез ведут при 750 С с последующей очисткой продукта вакуумной суб лимапией, выход 75% 11.The synthesis of silicon disulfide from elements in an evacuated ampoule, developed by Malatesta, according to which silicon and sulfur are mixed in a powder state with a small amount of BaOj (as a catalyst), is known. Synthesis is carried out at 750 ° C, followed by purification of the product by vacuum sublimapia, yield 75% 11.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ Альвареца-Тостадо и Харлоу, согласно которому 1 моль кремни  перетираетс  в ступке с 2;5 моль серы и смешиваетс  со стекл нной ватой из пирекса. Синтез ведут в звакуированной ампуле при 900-lOOCfC.The closest in technical essence and the achieved result is the method of Alvarez-Tostado and Harlow, according to which 1 mole of silicon is ground in a mortar with 2; 5 mole of sulfur and mixed with pyrex glass wool. Synthesis is carried out in a flask ampoule at 900-lOOCfC.

После окончани  реакш1И отгон етс  избыток серы, а получившийс  продукт -- спекAfter termination of the reaction, the excess sulfur is distilled off, and the resulting product is distilled off.

непрореагировавшего кремни , сгекловаты и дисульфида кремни  подвергают многократной вакуумной сублимации в другой ампуле. Выход чистого продукта 80% 12.unreacted silicon, glycolate and silicon disulfide are subjected to multiple vacuum sublimation in another ampoule. The yield of pure product is 80% 12.

Недостатками способа  вл ютс :The disadvantages of the method are:

1. Низкий выход готового продукта, что объ сн етс  невозможностью полной гомогенизашта исходных веществ со стекл нной ватой, зто приводит к образованию спека,, который представл ет из себ  смесь серы, кремни , дисульфида кремни  и стекловагы.Кроме того,все дальнейшие манипул ш1и по очистке св заны с размельчением и перегрузкой продукта реакции в специальные ампулы дл  вакуумной сублимации, что приводит к дополнительным потер м дисульфида кремни  в результате его гидролиза влагой воздуха.1. The low yield of the finished product, which is explained by the impossibility of complete homogenization of the starting materials with glass wool, this leads to the formation of a cake, which is a mixture of sulfur, silicon, silicon disulfide and glass wool. In addition, all further manipulated lines cleaning is associated with grinding and transferring the reaction product into special ampoules for vacuum sublimation, which leads to additional losses of silicon disulfide as a result of its hydrolysis with moisture in the air.

2. Низка  чистота продукта, что объ сн етс  наличием в реакгшоиной смеси стекловаты. Кро ме того, при вакуумной сублимагцш происко иг взаимодействие останшггос  П1прпреа1ированщего кремни  г им мч.фидом чо реакции Si + SiS. - 2SiST 2SiS „ обI 13Т15luiТВ разование моносульфида кремни  требует именно многократной вакуумной сублимации тотового продукта. 3. Взрывоопасность данного синтеза, что объ сн етс  невозможностью полностью гомоге низировать исходную реакционную смесь. При температуре синтеза, а именно 900-1000 С, давление насыщенного пара серы значительно превышает 1 атм. а реакци  кремни  с серой происходит с вьщелением большого количества тепла, т. е. из-за неравномерного разогрева реакционной смеси возможен взрыв. Цель изобретени  - повышение выхода готового продукта, повышение чистоты продукта и безопасное ведение процесса. Поставленна  цель достигаетс  способом получени  дисульфида кремни , включающим взаимодействие кремни  и избытка серы при нагревании в вакуумированной ампуле, сублимацию полученного продукта с последующей отгонкой избытка серы, причем кремний берут в виде пластин и взаимодействие ведут в двухсекционной вакуумированной ампуле в интервале температур в секции, содержащей серу 250-400 С, и в секции, содержащей кремний 900-1000 С, а отгонку избытка серы ведут в той же ампуле (промежуточна  зона - осаждение - 550-700С). Выбран метод ампульного синтеза в вакуум с использованием двух-секционной ампулы из кварцевого стекла в качестве реакционного сосуда , где кремний в виде пластин помещаетс  с одного кра  одной секции, а сера (элементарна  в специальной дополнительной ампу ле в другую секцию реакщ1онного сосуда. При зтом весь реакщюнный сосуд вакуумированный и отпа нный помещаетс  в печь с градиентом температуры таким образом, что в процессе синтеза реализуютс  три зоны: зона - 250-400 С серы элементарной, 9001000 С - зона реакции и зона осаждени  полу чающегос  продукта - 550-700 С. Пары серы, диффундиру  из одной зоны в другую, реагируют с поверхностью кремни  с образованием дисульфида, который сублимиру  осаждаетс  в промежутоштой части реакционног сосуда - в зоне осаждени . Поскольку поверхность кремни  мала, так как вз т не порошок а пластины кремни , то реакци  идет медленно без сильного разогрева, а общее давление в системе определ етс  давлением насыщенного пара серы,г.е. самой низкой температурой реакционного сосуда - 250-400 С что дает несколько дес тков мм рт. ст. и  вл етс  взрывобезопасным . Синтез и одновременна  рафинизаци  дисул фида кремни  происходит согласно способу в УСЛОВ11ЯХ диффузионного переноса газообразых компонентов, ноэгому в ампуле целесообразно иметь давление ниже атл (т. кин. серы 444,6 С), выбранные температуры дл  зоны еры отвечают условию: 250-400 С. При температуре ниже 250 С давление пара серы и скорость ее диффузии таковы, что в зоне кремни  (900-1000°С) ее концентрации бует недостаточно и пойдет процесс с образованием летучего продукта моносульфида кремни , который в зоне осаждени  диспропорционирует на кремний и дисульфид кремни  и загр зн ет получающийс  продукт. Температура в зоне кремни  900- выбрана потому, что взаимодействие кремни  с серой идет бурно с большим выделением тепла, поэтому при температуре более 1000 С возможен сильный локальный разогрев поверхности кремни , который приведет к оплавлению продукта реакции (температура плавлени  дисульфида кремни  - 1090 С), а по вление жидкой фазы на поверхности кремни  приведет к закрьггию его поверхности коркой расплава, а значит затруднит доставку серы к этой поверхности, что приведет к сильному замедлению процесса. Кроме того, расплавленный дисульфид кремни  взаимодействует с кварцем с образованием нелетучей массы, что приводит к снижению выхода чистого вещества. После полной сульфидлзации кремни  и сублимации продукта в зону осаждени  (815 ч) реакционный сосуд вынимаетс  из печи и избыток серы отгон етс  в секцию, где помещаетс  ампула с серой. При этом секци  реакционного сосуда с дисульфидом кремни  прогреваетс  в печи до ЗОС) С. а остальна  часть находитс  при комнатной температуре или охлаждаетс  жвдким азотом. После отгонки серы реакционный сосуд перемешиваетс  в месте перет жки. Таким образом, полученный рафинированный дисульфид кремни  остаетс  в одной ампуле, а остаток серы - в другой . Ампулу с полученным веществом помешают в сухой бокс, вскрывают и отбирают пробу вещества на химический и рентгенофазовый анализ. Избыток серы должен составл ть 5-10%. Предлагаемый температурный интервал позвол ет вести синтез в м гких усилови х, а при задании средних значений температур, а именно: в зоне серы 325-75 С, в зоне кремни  950-50 С, вести процесс без жесткости термостатировани . Пример 1. В двух-секционный кварцевый реакционный сосуд в разные его секции помещают 2 г кремни  КЭФ - 0,5 в виде пластин и 4,3 г серы ОСЧ в отдельной, специально подготовленной ампуле, эвакуируют, отпаивают и нагревают в печи с градиентом темперагуры так. что сера находитс  при 25Q°C, кремний - 900 С, а получающийс  продукт дисульфид кремни  сублимирует в промежуто ную зону осаждени  при 550-700 С . После окончани  процесса, через 8 ч в секщш, где помещалась сера, отгон етс  ее избыток и реа ционный сосуд перепаиваетс  в месте перет жк Выход по кремнию приблизительно 100%. Полученное вещество идентифицируют химическим , рентгенофазовым и спектральным анализами, откуда следует, что состав получен ного продукта отвечает формуле дисульфида кремни  Si82 найдено Si 30,6 + 0,3 вес.% (теоретически 30,5) , S 69,5 + 0,2 вес.% (теоретически 69,5), а структура отвечает ром ческой модификации SiS2, содержание микропримесей , вес.%: 1-1( и 5 , Са; остальные менее I-IOT, Пример 2. В двух-секционный кварц вый реакционный сосуд в разные его секции помещают 2,5 г кремни  КЭФ - 0,5 в виде пластин и 5,5 г серы ОСЧ в отдельной, специально подготовленной ампуле гак, что сера находитс  при 400°С., кремний - 1000 С, а получающийс  продукт - дисульфид кремни  сублимирует в промежуточную зону осаждени  при 550 700С. После окончани  процесса, через 15 ч в секцию, где помещалась сера отгон етс  ее из быток и реакщюнный сосуд перепаиваетс  в месте перет жки. Выход по кремнию приблизительно 100%. Полученное вещество идентифицируют хими ческим, рентгено-фазовым и спектральным анализами, откуда следует, что состав полученного продукта отвечает формуле дисульфида кремни  SiS найдено Si 30,5+0,2 вес.% ( теоретически 30,5)., S 69,6+0,3 пес.% (теоретически 69,5), а структура отвечает ромбической модификации , содержание микропримесей , вес.%: 510 Мд и Л1; 2 , Са; остальное менее . Таким образом, предлагаемый способ позвол ет повысиггь выход готового продукта и довести его до 100%, повысить чистоту дисульфвда кремни : благодар  использованию исходных продуктов квалификации ОСЧ и отсутствию побочных продуктов в реакции, готовый продукт содержит М1Шимальное количество примесей . Весь сш1тез проходит во взрывобезопасных услови х.2. Low purity of the product, which is explained by the presence of glass wool in the reaction mixture. In addition, in the case of vacuum sublimation, the interaction of the remaining P1 preprinted silicon with the Si + SiS reaction is used. - 2SiST 2SiS „aboutI 13Т15luiТV Formation of silicon monosulfide requires exactly repeated vacuum sublimation of the finished product. 3. Explosiveness of this synthesis, which is explained by the impossibility of completely homogenizing the initial reaction mixture. At a temperature of synthesis, namely 900-1000 C, the pressure of saturated sulfur vapor significantly exceeds 1 atm. and the reaction of silicon with sulfur occurs with the release of a large amount of heat, i.e., an uneven heating of the reaction mixture is possible. The purpose of the invention is to increase the yield of the finished product, increase the purity of the product and safe process management. The goal is achieved by the method of obtaining silicon disulfide, including the interaction of silicon and excess sulfur when heated in an evacuated ampoule, sublimation of the resulting product, followed by distillation of excess sulfur, and taking the silicon in the form of plates 250-400 C, and in the section containing silicon 900-1000 C, and the distillation of excess sulfur is carried out in the same ampoule (intermediate zone - deposition - 550-700C). The method of ampoule synthesis in vacuum using a two-section silica glass ampoule as a reaction vessel was selected, where silicon in the form of plates is placed on one edge of one section and sulfur (elementary in a special additional ampoule in another section of a reaction vessel.) The vacuum vessel and the evacuated tank are placed in a furnace with a temperature gradient in such a way that during the synthesis three zones are implemented: the zone — 250–400 С elemental sulfur, 9001000 С — the reaction zone and the deposition zone of the resulting The product is 550-700 C. The vapor of sulfur, diffused from one zone to another, reacts with the surface of silicon to form a disulfide, which is deposited in the space of a partial portion of the reaction vessel in the precipitation zone. Since the surface of silicon is small, since it is not powder but silicon wafers, the reaction proceeds slowly without much heating, and the total pressure in the system is determined by the pressure of the saturated sulfur vapor, the lowest temperature of the reaction vessel is 250-400 ° C, which gives several tens of mm Hg. Art. and is explosion proof. Synthesis and simultaneous refining of silicon disulphide takes place according to the method of diffusing the transfer of gaseous components in the CONDITIONS, but in the ampoule it is advisable to have a pressure lower than atla (t. Kin. Sulfur 444.6 C); At temperatures below 250 ° C, the vapor pressure of sulfur and the rate of its diffusion are such that its concentration in the silicon zone (900-1000 ° C) is insufficient and the process proceeds with the formation of the volatile silicon monosulfide product, which disproportionates on the silicon in the deposition zone and silicon disulfide and contaminates the resulting product. The temperature in the silicon zone 900- is chosen because the interaction of silicon with sulfur is violent with a large release of heat, so at a temperature of more than 1000 ° C a strong local heating of the silicon surface is possible, which will lead to the melting of the reaction product (melting point of silicon disulfide is 1090 ° C), and the appearance of a liquid phase on the silicon surface will cause the surface of the silicon to crust with a melt crust, which means that it will impede the delivery of sulfur to this surface, which will lead to a strong slowdown of the process. In addition, the molten silicon disulfide reacts with quartz to form a non-volatile mass, which leads to a decrease in the yield of the pure substance. After complete silicon sulfidation and sublimation of the product to the precipitation zone (815 h), the reaction vessel is removed from the furnace and excess sulfur is distilled off into the section where the ampoule with sulfur is placed. At the same time, the section of the reaction vessel with silicon disulfide is heated in a furnace up to AIA) C. And the rest is at room temperature or cooled with liquid nitrogen. After the sulfur has been distilled off, the reaction vessel is stirred at the transfer point. Thus, the resulting refined silicon disulfide remains in one ampoule and the sulfur residue in the other. The ampoule with the obtained substance is placed in a dry box, the substance is opened and sampled for chemical and X-ray phase analysis. Excess sulfur should be 5-10%. The proposed temperature range allows synthesis in soft amplifications, and when setting average temperatures, namely, in the sulfur zone of 325-75 ° C, in the silicon zone of 950-50 ° C, to conduct the process without the rigidity of thermostating. Example 1. In a two-sectional quartz reaction vessel, 2 g of KEF silicon — 0.5 in the form of plates and 4.3 g of sulfur of the OFS are placed in separate sections of the cell in a separate, specially prepared ampoule, evacuated, sealed, and heated in a furnace with a temperature gradient So. that sulfur is at 25Q ° C, silicon is 900 ° C, and the resulting silicon disulfide product sublimates into the intermediate deposition zone at 550-700 ° C. After the end of the process, after 8 hours, in the section where the sulfur was placed, its excess is distilled off and the reaction vessel is soldered in the place of overflow. The silicon yield is about 100%. The obtained substance is identified by chemical, X-ray phase and spectral analyzes, from which it follows that the composition of the obtained product corresponds to the formula of silicon disulfide Si82, found Si 30.6 + 0.3 wt.% (Theoretically 30.5), S 69.5 + 0.2 wt.% (theoretically 69.5), and the structure corresponds to the roman modification of SiS2, the content of trace impurities, wt.%: 1-1 (and 5, Ca; the remaining less than I-IOT, Example 2. In a two-section quartz reaction 2.5 g of KEF silicon — 0.5 in the form of plates and 5.5 g of sulfur of the OFS are placed in a separate section of the vessel in a separate, specially prepared ampoule, that sulfur is at 400 ° C., silicon is 1000 ° C, and the resulting product, silicon disulfide, is sublimated into an intermediate deposition zone at 550 ° C. After the process is over, after 15 hours, the section where the sulfur was placed is distilled off from the exchanger and the reaction vessel soldered at the transfer point. The silicon yield is approximately 100%. The obtained substance is identified by chemical, X-ray phase and spectral analyzes, which implies that the composition of the obtained product corresponds to the formula of silicon disulfide SiS found Si 30.5 + 0.2 wt.% (theoretically 30.5)., S 69.6 + 0.3 ne .% (Theoretical 69.5) and the orthorhombic structure corresponds modifications trace content, weight%: Mg 510 and L1;. 2, Ca; the rest is less. Thus, the proposed method allows to increase the yield of the finished product and bring it up to 100%, to increase the purity of disulfide silicon: due to the use of initial products of qualification of partial frequency mixture and the absence of by-products in the reaction, the finished product contains Minimal impurities. The entire workshop takes place in explosion-proof conditions.

Claims (2)

Формула изобретени  Способе получени  дисульфида кремни , включающий взаимодействие кремни  и избытка серы при нагревании в вакуумировашюй ампуле, сублимащио полученного продукта с последующей отгонкой избытка, серы, отличающийс  тем, что, с целью повыщенп  выхода го.ового продукта и повыщени  его чистоты, а также повышени  безопасности процесса, кремний берут в виде пластин и взаимодействие ведут в двухсекционной вакуумированной ампуле в интервале температур в секции, содержащей серу 250-400 С, и в секции, содержащей кремний 900-ЮОО С, а отгонку избытка серы ведут в той же ампуле. Источники информащ1и, прин тые во внимание при экспертизе 1.Z. Malatesta, bazzetta chimica I taliana. Chemical Abstracts, 1949, 43, 8, p. 2884.  The invention of the method for producing silicon disulfide, including the interaction of silicon and excess sulfur when heated in an evacuated ampoule, sublimating the product obtained, followed by stripping off excess sulfur, characterized in that, in order to increase the yield of the second product and increase its purity and also increase process safety, take in the form of plates and the interaction is carried out in a two-section vacuum ampoule in the temperature range in the section containing sulfur 250-400 С, and in the section containing silicon 900-ЮОО С, and The excess sulfur is given in the same ampoule. Sources of information taken into account in the examination 1.Z. Malatesta, bazzetta chimica I taliana. Chemical Abstracts, 1949, 43, 8, p. 2884. 2.Патент США № 2589653, кл. 23-206, 1952.2. US patent number 2589653, cl. 23-206, 1952.
SU802927835A 1980-04-11 1980-04-11 Process for producing silicon disulphide SU899464A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802927835A SU899464A1 (en) 1980-04-11 1980-04-11 Process for producing silicon disulphide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802927835A SU899464A1 (en) 1980-04-11 1980-04-11 Process for producing silicon disulphide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU899464A1 true SU899464A1 (en) 1982-01-23

Family

ID=20897009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802927835A SU899464A1 (en) 1980-04-11 1980-04-11 Process for producing silicon disulphide

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU899464A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0802161A1 (en) * 1996-04-16 1997-10-22 Furukawa Co., Ltd. Method of manufacturing silicon sulfide
EP0994071A3 (en) * 1996-04-16 2000-05-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Lithium ion-conductive solid electrolyte and method for producing the same
US7155781B2 (en) 2002-12-19 2007-01-02 Kabushiki Kaisha Strawberry Corporation Electronic instrument
US20210292173A1 (en) * 2020-03-19 2021-09-23 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method of making high quality silicon sulfide

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0802161A1 (en) * 1996-04-16 1997-10-22 Furukawa Co., Ltd. Method of manufacturing silicon sulfide
US5843391A (en) * 1996-04-16 1998-12-01 Furukawa Co., Ltd. Method of manufacturing silicon sulfide
EP0994071A3 (en) * 1996-04-16 2000-05-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Lithium ion-conductive solid electrolyte and method for producing the same
US7155781B2 (en) 2002-12-19 2007-01-02 Kabushiki Kaisha Strawberry Corporation Electronic instrument
US20210292173A1 (en) * 2020-03-19 2021-09-23 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method of making high quality silicon sulfide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100552130B1 (en) Calcium fluoride crystal production method and raw material processing method
Ward et al. The preparation and properties of bis-disilanyl sulphide and tris-disilanylamine
SU899464A1 (en) Process for producing silicon disulphide
JPS58156520A (en) High purity silicon semi-continuous manufacture
Seyferth et al. 1, 1, 3, 3-tetramethyl-2, 2, 4, 4-tetrakis (trimethylsilyl)-1, 3-disilacyclobutane and its 1, 3-Digerma and 1, 3-Distanna Analogs: Unexpected Products from the Reaction of Bis (trimethylsilyl) bromomethyllithium with Dimethyldihalo Derivatives of Silicon, Germanium and Tin
Krebs et al. Ortho-thioborates and ortho-selenoborates: synthesis, structure and properties of Tl3BS3 and Tl3BSe3
Kaczmarczyk et al. The preparation and some properties of a new pentasilicon dodecachloride, Si5Cl12
US3350166A (en) Synthesis of aluminum borate whiskers
Evers et al. The interaction of boron halides with silyl cyanides
US2824787A (en) Manufacture of boron nitride
US3933990A (en) Synthesization method of ternary chalcogenides
RU2021218C1 (en) METHOD OF CHALCOGENIDE GLASS GeS2 PRODUCING
US3911059A (en) Preparation of alkylphosphonothiolates
ITMI992423A1 (en) INDIO PHOSPHIDE DIRECT SYNTHESIS PROCEDURE
US3321271A (en) Synthesis of aluminum silicate whiskers
RU2195520C1 (en) METHOD OF PREPARATION OF SOLUTION-MELT FOR GROWING MONOCRYSTALS β-BaB2O4
SU1520003A1 (en) Method of removing organic admixtures from sulfur
RU2089492C1 (en) Method of synthesis of tin hypothiophosphate or indium ortho-thiophosphate
US2805130A (en) Process of producing boron halides
RU2189405C1 (en) METHOD OF PREPARING COMPOUND LiInS2 MONOCRYSTALS
Krämer et al. Synthesis and crystal growth of new antimony (III)-oxide-iodides
SU1079610A1 (en) Process for preparing titanium disulfide
US4574159A (en) Process for the preparation of O-methyl-N-vinylurethane
Caesar et al. Direct formation of λ5-phospholes from dialkyl phosphonites and dimethyl acetylenedicarboxylate
SU327781A1 (en) The method of obtaining monosilane