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三氟化硼B(yǎng)F3的應(yīng)用

2011-12-17 16:22:42

三氟化硼是有機合成和石油化工廣泛應(yīng)用的一種重要催化劑，在很多有機化學(xué)反應(yīng)如烷基化、聚合、異構(gòu)化、加成、綜合及分解等過程中都有應(yīng)用。它之所以在催化反應(yīng)方面如有如此廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是由于硼電子層結(jié)構(gòu)有生成絡(luò)合物的強烈傾向，在酸性催化作用中產(chǎn)生催化活性結(jié)構(gòu)，這一點非常重要。在許多反應(yīng)中，以三氟化硼為基礎(chǔ)的催化劑要比無機酸金屬的鹵化物催化效能更活潑，而且不至于引起不利的副反應(yīng)。作為催化劑，BF3可以在各種形態(tài)下應(yīng)用，例如以單獨氣態(tài)使用，或者和許多類型的無機與有機物助劑一同使用及制成它的絡(luò)合物應(yīng)用。同時它又可采用蒸餾或化學(xué)方法進(jìn)行再生回收，經(jīng)精制重新使用。BF3及其化合物在環(huán)氧樹脂中用做固化劑，在聚酶纖維染色、制造醇溶性酚醛樹脂中也有廣泛的應(yīng)用。

（一）有機合成催化劑

BF3在許多有機合成中擔(dān)當(dāng)催化作用。如在中分子量PIB的工業(yè)化生產(chǎn)中，采用BF3催化體系，不但能簡化生產(chǎn)裝置、縮短生產(chǎn)周期、降低勞動強度，而且可顯著提高PIB收率。

（二）離子滲硼

“滲硼”術(shù)語第一次在文獻(xiàn)中出現(xiàn)是1917年，但有關(guān)滲硼處理及滲硼層特性的詳細(xì)資料卻在五十多年后才出現(xiàn)。滲硼或硼化，是一種應(yīng)用于黑色和有色金屬材料的奧氏體化學(xué)熱處理，使其表面生成含硼化物的硬化層。滲硼層的硬度高達(dá)2000HV，具有良好的耐磨性和抗蝕性。由于三氟化硼更易于操作，無需在氣路上加熱，在爐膛內(nèi)分布更均勻，且由于其硼的含量較高，故常用于離子滲硼中硼的載氣。

（三）用做常溫快速固化劑

BF3是環(huán)氧樹脂常溫快速固化劑。BF3作為固化劑須與環(huán)氧樹脂分開包裝，隨用隨配。操作時配比誤差影響粘接質(zhì)量，工藝繁瑣。現(xiàn)選擇不同熔點的固體物質(zhì)作為包裹材料，將BF3制成微型膠囊，通過囊壁阻斷環(huán)氧樹脂與BF3作用，從而制成單一成分產(chǎn)品且可穩(wěn)定貯存，通過囊材熔點選擇釋放溫度，在此溫度下囊材放出BF3固化劑，與環(huán)氧樹脂混合，促使其快速固化。且可通過選擇囊材物質(zhì)的黏性與分子鏈長，改善固化環(huán)氧樹脂的柔順性。

（四）核技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用

用三氟化硼-10-乙醚絡(luò)合物與氯化鈣反應(yīng)生成硼酸三甲酯，然后進(jìn)行水解，經(jīng)蒸濃后，得到的高純硼酸可用于核反應(yīng)堆作為中子慢化劑。

BF3的某些絡(luò)合物以10 BF3的形式富集10B，可用于分離硼的同位素。而10BF3可在核技術(shù)中的比例中子計數(shù)器內(nèi)用做中子吸收介質(zhì)，并用于核反應(yīng)堆的控制。

（五）半導(dǎo)體器件制造工藝的離子注入源

三氟化硼在半導(dǎo)體器件制造工藝中用做離子注入源，可以改善半異體器件的性能。

在元素周期表中的IV族硅原子晶體中摻雜V族原子時，因外層電子多出一個自由電子而能夠?qū)щ?。我們把V族雜質(zhì)稱N型雜質(zhì)，而把生成自由電子的原子稱為給予體。當(dāng)摻雜III族原子時，與上述情況相反，因缺少一個電子而出現(xiàn)孔洞。在此孔內(nèi)，鄰近的電子可以跳入，并可按順序移動。這種III族雜質(zhì)稱為P型雜質(zhì)，而產(chǎn)生孔的原子則稱為受體。

通常，磷和砷作為N型雜質(zhì)使用，硼則作為P型雜質(zhì)使用。這種雜質(zhì)稱為摻雜劑，加摻雜劑的過程稱作摻雜質(zhì)。通常，摻雜質(zhì)的比例為106-107個硅原子中摻雜1個雜質(zhì)，以形成一個導(dǎo)電區(qū)。

摻雜質(zhì)的方法有熱擴散法和離子注入法。熱擴散法是把硅片置于擴散爐中，在雜質(zhì)氣的氣質(zhì)中加熱到大約1000℃，這時雜質(zhì)原子便擴散進(jìn)入硅結(jié)晶中，從而形成導(dǎo)電區(qū)的一種方法。熱擴散法通常使用的氣體，對于P型有乙硼烷（B2H6），N型有磷化氫（PH3）和砷化氫（AsH3）。

離子注入法是在真空中把雜質(zhì)原子離子化后在電場中加速，然后把離子打入晶體內(nèi)的技術(shù)。離子注入法使用的氣體有三氯化硼（BF3）、磷化氫和砷化氫。離子注入法因其內(nèi)部安裝有質(zhì)量分析儀來挑選所需的離子，因此很少受雜質(zhì)的影響。此外，通過電場調(diào)節(jié)可以控制離子注入量，并可以調(diào)節(jié)離子注入濃度及位置，因此比熱擴散法優(yōu)越。

（六）冶金及焊接

BF3能防止鎂及其合金在熔融鑄造時發(fā)生氧化作用，在焊接鎂材時用做焊劑。它也用做鋼或其他金屬表面硼化處理劑的組分，還用做鑄鋼的潤滑劑。在鈦的電弧焊接中，如有BF3參與，焊縫便會有較強的抗沖擊性能。

（七）合成乙硼烷

用BF3可以制備硼烷。它與堿金屬氫化物反應(yīng)生成乙硼烷。與Grignard試劑反應(yīng)生成有機硼化合物。

（八）醫(yī)用

隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，新的抗生素藥物不斷被開發(fā)出來。這些抗生素新藥的合成過程需要三氟化硼氣體作為催化劑。

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