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CN113772669B - 纯化石墨材料中残余氟气的去除方法 - Google Patents

纯化石墨材料中残余氟气的去除方法 Download PDF

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CN113772669B CN202010523080.4A CN202010523080A CN113772669B CN 113772669 B CN113772669 B CN 113772669B CN 202010523080 A CN202010523080 A CN 202010523080A CN 113772669 B CN113772669 B CN 113772669B
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Abstract

本发明公开了一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，该去除方法是以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压和降压处理。本发明中，以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压和降压处理，加压过程中利用氦气的小分子特性，使得氦气进入到纯化石墨材料的基体内部，同时在此过程中，氦气会替位排挤氟气，进一步的，在降压过程中利用抽真空时形成有效虹吸效应，将氟气带出石墨基体，从而实现对纯化石墨材料中残余氟气的有效去除，具有工艺简单、操作方便、能耗低、成本低廉、安全、去除效果好等优点，能够获得更高纯度的石墨材料，对于扩大石墨材料的应用范围和应用前景具有十分重要的意义。

Description

纯化石墨材料中残余氟气的去除方法
技术领域
本发明涉及一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法。
背景技术
随着科技进步、高端制造行业的高速发展，对于高端材料的要求越来越高，如对石墨材料的纯度要求越来越高。然而，现有石墨材料中，杂质总含量已达到PPM级别，这已经无法满足实际应用要求，因而需要对石墨材料进行提纯处理。目前，对石墨材料的主流纯化工艺，已有传统的氯气纯化向更低风险低成本的氟利昂高温分解纯化过渡，但从测试分析结果中发现，现有方法纯化后得到的石墨材料中往往在其基体中会残留一定量的氟气，而这些残余氟气的存在会对石墨材料的实际应用带来众多不利影响，特别地，由于残余氟气的存在使得石墨材料不能用于一些特殊的领域(如在硅半导体生长炉中或碳化硅生长炉中，石墨中氟气会与硅反应，影响晶体生长质量和效率)。事实上，至今为止，尚未在相关文献中见到关于上述问题以及解决上述问题的报道。因此，如何有效去除纯化后石墨材料中的残余氟气是本领域技术人员亟需解决的技术问题，同时，获得一种工艺简单、操作方便、能耗低、成本低廉、安全、能够有效去除纯化石墨材料中残余氟气的方法，对于扩大纯化石墨材料的应用范围和应用效果具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种去除效果好的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，所述去除方法是以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压和降压处理。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，包括以下步骤：
S1、将纯化石墨材料置于氦气气氛中，加压，使氦气进入到纯化石墨材料的基体内部；
S2、对步骤S1中的体系进行降压，完成对纯化石墨材料中残余氟气的去除。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，还包括以下步骤：重复步骤S1和S2中的处理过程两次以上。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，步骤S1中，加压至0.18MPa～0.2MPa；所述加压完成后保压10min以上；所述加压过程中控制体系温度在2200±20℃。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，步骤S2中，，所述降压为在10min内将压强降至10Pa以下；所述降压完成后保压10min以上。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，包括以下步骤：
(1)对石墨材料进行纯化，得到纯化石墨材料；
(2)步骤(1)中的纯化结束后，往含有纯化石墨材料的体系中充入氦气，加压，使氦气进入到纯化石墨材料的基体内部；
(3)对步骤(2)中的体系进行降压，完成对纯化石墨材料中残余氟气的去除。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，还包括以下步骤：重复步骤(2)和(3)中的处理过程两次以上。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，步骤(2)中，加压至0.18MPa～0.2MPa；所述加压完成后保压10min以上；所述加压过程中控制体系温度在2200±20℃。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，步骤(3)中，所述降压为在10min内将压强降至10Pa以下；所述降压完成后保压10min以上。
上述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述纯化包括以下步骤：在真空环境下将石墨材料加热至2200℃±20℃，通入氩气，抽真空，通入卤素气体进行反应，通入氩气，抽真空，完成对石墨材料的纯化处理；所述卤素气体为溴气、氯气、氟利昂或氟氯烷中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压和降压处理，加压过程中利用氦气的小分子特性，使得氦气进入到纯化石墨材料的基体内部，同时在此过程中，氦气会替位排挤氟气，进一步的，在降压过程中利用抽真空时形成有效虹吸效应，将氟气带出石墨基体，从而实现对纯化石墨材料中残余氟气的有效去除。另外，本发明中，以氦气为载气，其具有分子半径小、理化性质稳定(高温状态下亦稳定)、不与基体材料反应、使用排放安全等优点。本发明纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，具有工艺简单、操作方便、能耗低、成本低廉、安全、去除效果好等优点，能够获得更高纯度的石墨材料，对于扩大石墨材料的应用范围和应用前景具有十分重要的意义。
(2)本发明中，以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压和降压处理时，重复加压、降压两次以上，更有利于去除纯化石墨材料中残余氟气，与现有纯化石墨材料相比，氟含量下降了1个数量级以上。
(3)本发明中，以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压时，将压强增加至0.18MPa～0.2MPa之间，并保压10min以上，能够确保氦气有效的进入纯化石墨材料的基体内部，在保证纯化石墨材料的基体内部充满氦气的同时，降低氦气的使用量，降低处理成本，同时，加压过程中在高温状态下进行，使得氦气更容易进入到纯化石墨材料的基体内部；在降压处理时，将压强降至10Pa以下，此时体系基本达到真空状态，因而更有利于体系中的气体(氟气)被带到体系外，从而能够将更多的残余氟气从纯化石墨材料基体内部带出，可进一步提升纯化的效果，因而上述参数的优化更有利于去除纯化石墨材料中的残余氟气。
(4)本发明提供了一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，包括以下步骤：对石墨材料进行纯化，得到纯化石墨材料，进而以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压和降压处理。该方法是在现有纯化方法的基础上，采用氦气为载气进行对纯化石墨材料进行纯化处理，在尽量不改变现有纯化工艺和纯化设备的前提下，不仅能够兼容现有纯化工艺和纯化设备，而且还能一体化去除石墨材料中的杂质，从而能够制备高纯度的石墨材料，具有工艺简单、操作方便、能耗低、成本低廉、去除效果好等优点，有利于获得更高纯度的石墨材料，适合于大规模制备和工业化应用。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。本发明的实施例中，若无特别说明，所采用的工艺为常规工艺，所采用的设备为常规设备，且所得数据均是三次以上试验的平均值。
实施例1：
一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，以氦气为载气对纯化石墨材料进行处理，包括如下步骤：
(1)制备纯化石墨材料
(1.1)在真空环境下，将石墨材料置于真空加热炉中加热至2200℃以上，保持10min，加热过程中低熔点杂质通过扩散的方式，从石墨材料中挥发出来。
(1.2)步骤(1.1)结束后，通入氩气，由真空系统抽真空，此时低熔点杂质随着氩气载气由真空系统抽走。
(1.3)步骤(1.2)结束后，通入卤素气体(氯气)进行反应，生成低熔点化合物，通过扩散、挥发的方式，从石墨材料中挥发出来，通入氩气，由真空系统抽真空，此时低熔点化合物随着氩气载气由真空系统抽走，得到纯化石墨材料，标号为石墨材料A。
(2)步骤(1)中的纯化结束后，往含有纯化石墨材料的体系中(真空加热炉)充入氦气，加压至压强为0.18MPa～0.2MPa，保压10min，体系温度控制在2200±20℃，此时，氦气载气能够更加容易、充分的进入到纯化石墨材料的基体内部。
(3)对步骤(2)中的体系(真空加热炉)进行降压，具体为：步骤(2)中的加压结束后，迅速抽真空，将炉内压力在10分钟降到10Pa，再持续保持抽真空10分钟，在抽真空状态下，可以有效的将残余的氟气带出，可进一步提升纯化效果，得到纯化石墨材料，标号为石墨材料B。
(4)重复一次步骤(2)和(3)的处理过程，得到纯化石墨材料，标号为石墨材料C。
对步骤(1)、(3)、(4)中得到的纯化石墨材料(石墨材料A、石墨材料B、石墨材料C)进行检测，结果如表1所示。
表1不同纯化工艺对纯化石墨材料中氟含量的影响
元素含量(ppm) 石墨材料A 石墨材料B 石墨材料C
氟 8.6 2.3 0.18
硼 1.1 0.3 0.09
硫 0.63 0.1 0.06
由表1可知，经两次氦气处理后，纯化石墨材料中氟的含量由8.6ppm降到0.18ppm，氟含量降低了一个数量级；同时对其他硼、硫等残留杂质也有较好的去除效果，整体杂质含量由13ppm降到1ppm以下。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，其特征在于，所述去除方法是以氦气为载气对纯化石墨材料进行加压和降压处理，包括以下步骤：
S1、将纯化石墨材料置于氦气气氛中，加压至0.18MPa～0.2MPa，加压完成后保压10min以上，使氦气进入到纯化石墨材料的基体内部；所述加压过程中控制体系温度在2200±20℃；
S2、对步骤S1中的体系进行降压，在10min内将压强降至10Pa以下，降压完成后保压10min以上，完成对纯化石墨材料中残余氟气的去除；
所述方法还包括以下步骤：重复步骤S1和S2中的处理过程两次以上。
2.一种纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对石墨材料进行纯化，得到纯化石墨材料；
(2)步骤(1)中的纯化结束后，往含有纯化石墨材料的体系中充入氦气，加压至0.18MPa～0.2MPa，加压完成后保压10min以上，使氦气进入到纯化石墨材料的基体内部；所述加压过程中控制体系温度在2200±20℃；
(3)对步骤(2)中的体系进行降压，在10min内将压强降至10Pa以下，降压完成后保压10min以上，完成对纯化石墨材料中残余氟气的去除；
所述方法还包括以下步骤：重复步骤(2)和(3)中的处理过程两次以上。
3.根据权利要求1所述的纯化石墨材料中残余氟气的去除方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纯化包括以下步骤：在真空环境下将石墨材料加热至2200℃±20℃，通入氩气，抽真空，通入卤素气体进行反应，通入氩气，抽真空，完成对石墨材料的纯化处理；所述卤素气体为溴气、氯气、氟利昂或氟氯烷中的至少一种。
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