本发明涉及一种材料的制备领域，尤其涉及一种高温覆盖剂级氧化硼的生产方法。
背景技术：
液封晶体生长法（lec）是制备ⅲ-ⅴ族化合物半导体（如砷化镓、磷化镓、砷化铟）的一种主要方法，该方法需要在普通直拉法坩埚中的熔体表面上覆盖一液相层，以防止化合物半导体易挥发组分的损失。液相层通常采用纯度≥99.999％，含水率≤200ppm的氧化硼。
现有无水氧化硼的制备方法主要是以下几种。
1、采用两段脱水方式制备。中国专利申请cn200810155689.x提出一种高温覆盖剂级氧化硼的制备方法，该方法先将氧化硼在空气中加热至400-500℃并保持半小时；再将氧化硼在空气中加热至1000℃并保持半小时；最后将氧化硼在真空炉中加热至1300-1500℃并保持半小时。采用两阶段脱水工艺，制备的氧化硼水分含量稳定的保持在200ppm以下。采用此方法可以制备合格的氧化硼产品，但由于无水氧化硼的熔点为445℃，沸点为1500℃，该发明申请将氧化硼在真空炉中加热至1300-1500℃并保持半小时，一方面会造成氧化硼产品挥发损失；另一方面，由于采用感应加热方式加热铂金坩埚，铂金坩埚再通过热传导或热辐射的方式给熔体氧化硼加热，当氧化硼温度到达1300-1500℃时，传热的铂金坩埚的温度会非常高，很容易造成铂金坩埚严重变形或烧损，增加生产成本，当投入氧化硼量较多时，较难在真空炉中加热至1300-1500℃并保温半小时，完成深度脱水。
2、硼酸真空脱水制备。中国专利cn201310460601.6一种无水氧化硼的制备方法是在温度为200~400℃，真空度小于0.1pa下对硼酸进行脱水，先得到氧化硼；再将氧化硼置于坩埚中，加热至400~500℃后保持30min；最后对氧化硼进行微波加热脱水处理，脱水时间为10~40min；然后在含水量小于1ppm的常温常压条件下冷却至室温，得到无水氧化硼。该专利申请在温度为200~400℃，真空度小于0.1pa下对硼酸直接进行脱水。对于整个脱水系统来说，脱水过程中有大量的水汽和粉尘产生，因此小于0.1pa的高真空度不易获得，且无法长久保持；另外将氧化硼加热至400~500℃后保持30min，这种脱水条件难以满足去除氧化硼中痕量水的要求。
3、硼酸或氧化硼直接真空脱水。中国专利cn201510246757.3提出一种高纯度无水氧化硼的浇注成型方法及系统，该方法是将氧化硼或硼酸投入熔炼坩埚中制造真空环境；在所述真空环境中，将所述熔炼坩埚中的所述氧化硼或硼酸加热至液态并进行真空脱水；脱水完成后关闭真空环境，完成产品浇铸并在手套箱中冷却。该发明专利可连续生产氧化硼产品且产品达到要求，是一种非常有效的制备高纯氧化硼的产品系统。但该方法存在如下不足：直接在真空度0.01~100pa下对硼酸进行脱水，会造成硼酸喷溅和硼酸粉末的挥发，喷溅的氧化硼吸附在玻璃管内壁上，在后续高温脱水过程中，氧化硼会致使石英玻璃管内壁析晶或与之发生反应，造成产品损失；而且对于整个脱水系统，小于1pa的高真空度不易获得，且难以长久保持，不利于稳定生产和产品质量控制。
随近年来随着led行业的迅速发展，其衬底材料砷化镓的需求量越来越大，高纯氧化硼的需求也随之增加。真空脱水是生产氧化硼产品过程中必不可少的一步，但并非系统的真空度越低越好，脱水温度越高越好，需要综合考虑生产成本、生产周期、产品质量稳定性等方面。上述几种方法所采用的氧化硼生产工艺存在煅烧温度高，坩埚易发生烧损、硼酸或氧化硼喷溅严重、真空度要求高、产量小、脱水效果不稳定等技术缺陷。
所以，对于高温覆盖剂级氧化硼，其含水量需要小于150ppm，有必要提出一种新的生产方法以解决上述技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种高温覆盖剂级氧化硼的生产方法。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种高温覆盖剂级氧化硼的生产方法，该方法包括如下步骤：s1、硼酸加热：将一定质量的高纯硼酸粉末分两批次投入到铂金坩埚中，调节中频炉加热功率，将硼酸加热至600~800℃，两批次间投料间隔10~30min；s2、加无水氧化硼：当坩埚中硼酸粉末全部呈透明熔融态且不再冒气泡时，向其内投入质量为硼酸质量1/4-1/2的无水氧化硼；s3、煅烧脱水：调节中频炉加热功率，将氧化硼加热至900~1000℃，煅烧时间10~30min；连接好真空系统，打开真空开关，阀门旋至1/4~1/2，调节感应加热功率至设定值；观察熔体沸腾情况，通过控制底阀松紧度来控制熔体喷溅；在20~50min内将中频炉的真空度抽至50pa以下，拧紧底阀，继续真空脱水90~150min；保持加热功率不变，调节真空度小于10~20pa，继续抽真空90~150min；确保最后30~60min内熔体中没有气泡产生，且真空度小于8pa；s4、浇铸成型：在15~30min内将加热温度降低至600~700℃并浇铸成型，将氧化硼转移至手套箱内冷却。
本发明高温覆盖剂级氧化硼的生产方法，综合考虑生产成本、生产周期、产品质量稳定性等方面，未采用最低的真空度和最高的脱水温度，生产出了达到高温覆盖剂级要求的氧化硼，且产品收率不低于95%。
附图说明
图1为实施例1-3用红外吸收光谱仪测试所得氧化硼水分图谱。水分测试环境为氮气手套箱中，测试仪器为is5红外光谱仪。通过测量在波数为7072cm-1时的吸光度a1.4μm。利用公式计算氧化硼中水分含量，其中mh2o为水的摩尔质量，ε1.4μm为常数，d为测试样品厚度，实施例中测试样品平均厚度为2.12cm，ρb2o3为无水氧化硼密度：
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
针对现有技术存在的诸多缺陷，本发明提出一种高温覆盖剂级氧化硼的生产方法，该方法包括如下步骤：
s1、硼酸加热：将一定质量的高纯硼酸粉末分两批次投入到铂金坩埚中，调节中频炉加热功率，将硼酸加热至600~800℃，两批次间投料间隔10~30min；
s2、加无水氧化硼：当坩埚中硼酸粉末全部呈透明熔融态且不再冒气泡时，向其内投入质量为硼酸质量1/4-1/2的无水氧化硼；
s3、煅烧脱水：调节中频炉加热功率，将氧化硼加热至900~1000℃，煅烧时间10~30min；连接好真空系统，打开真空开关，阀门旋至1/4~1/2，调节感应加热功率至设定值；观察熔体沸腾情况，通过控制底阀松紧度来控制熔体喷溅；在20~50min内将中频炉的真空度抽至50pa以下，拧紧底阀，继续真空脱水90~150min；保持加热功率不变，调节真空度小于10~20pa，继续抽真空90~150min；确保最后30~60min内熔体中没有气泡产生，且真空度小于8pa；
s4、浇铸成型：在15~30min内将加热温度降低至600~700℃并浇铸成型，将氧化硼转移至手套箱内冷却。
在本发明的某些实施例中，还包括如下步骤：s5、真空包装：自然冷却后，在手套箱中将冷却好的氧化硼轻轻取出，经检查合格后用两层铝箔袋真空封装。
在本发明的某些实施例中，高纯硼酸粉末的纯度为5n或以上。
在本发明的某些实施例中，高纯硼酸粉末预先100℃烘干24小时或以上。
在本发明的某些实施例中，s2中所加入的无水氧化硼的纯度为5n或以上。
在本发明的某些实施例中，s2中所加入的无水氧化硼的含水量小于0.15%。
在本发明的某些实施例中，s4中浇铸成型环境湿度小于20%。
在本发明的某些实施例中，s4中冷却时手套箱水含量小于0.1ppm。
实施例1。
将400g纯度为5n的硼酸粉末预先100℃烘干24小时或以上，然后均分成两批次投入到铂金坩埚中，调节中频炉的加热功率，将硼酸加热至600℃，两批次投料间隔10min。当坩埚中硼酸粉末全部呈透明熔融态不再冒气泡时，向其内投入100g纯度为5n的无水氧化硼。调节中频炉加热功率，将氧化硼加热至900℃，煅烧时间15min。连接好真空系统，打开真空开关，阀门旋至1/3，调节感应加热功率至设定值。观察熔体沸腾情况，通过控制底阀松紧度来控制熔体喷溅。在40min内将中频炉的真空度抽至50pa以下，拧紧底阀，继续真空脱水120min。保持加热功率不变，调节真空度小于20pa，继续抽真空120min。确定最后40min内熔体中无气泡产生，且真空度小于5pa。在10min内将加热温度降低至700℃并浇铸成型，打开真空系统，将产品转移至手套箱内冷却。在手套箱中将冷却好的氧化硼轻轻取出，经检查合格后用两层铝箔袋真空封装。放入铂金坩埚中利用红外吸收光谱仪进行测试，结果显示氧化硼的含水量为130ppm，见图1#1测试结果，达到了高温覆盖剂级氧化硼的要求，且产品收率达到95%。
实施例2。
将500g纯度为5n的硼酸粉末预先100℃烘干24小时或以上，均分成两批次投入到铂金坩埚中，调节中频炉的加热功率，将硼酸加热至700℃，两批次投料间隔20min。当坩埚中硼酸粉末全部呈透明熔融态不再冒气泡时，向其内投入200g纯度为5n的无水氧化硼。调节中频炉加热功率，将氧化硼加热至950℃，煅烧时间30min。连接好真空系统，打开真空开关，阀门旋至1/4，调节感应加热功率至设定值。观察熔体沸腾情况，通过控制底阀松紧度来控制熔体喷溅。在50min内将中频炉的真空度抽至50pa以下，拧紧底阀，继续真空脱水90min。保持加热功率不变，调节真空度小于10pa，继续抽真空150min。确定最后60min内熔体中若无气泡产生，且真空度小于3pa。在15min内将加热温度降低至650℃并浇铸成型，打开真空系统，将产品转移至手套箱内冷却。在手套箱中将冷却好的氧化硼轻轻取出，经检查合格后用两层铝箔袋真空封装。放入铂金坩埚中利用红外吸收光谱仪进行测试，结果显示氧化硼的含水量为135ppm，见图1#2测试结果，达到了高温覆盖剂级氧化硼的要求，且产品收率达到96%。
实施例3。
将600g纯度为5n的硼酸粉末预先100℃烘干24小时或以上，然后均分成两批次投入到铂金坩埚中，调节中频炉的加热功率，将硼酸加热至800℃，两批次投料间隔30min。当坩埚中硼酸粉末全部呈透明熔融态不再冒气泡时，向其内投入300g纯度为5n的无水氧化硼。调节中频炉的加热功率，将氧化硼加热至1000℃，煅烧时间20min。连接好真空系统，打开真空开关，阀门旋至1/2，调节感应加热功率至设定值。观察熔体沸腾情况，通过控制底阀松紧度来控制熔体喷溅。在40min内将中频炉的真空度抽至50pa以下，拧紧底阀，继续真空脱水150min。保持加热功率不变，调节真空度小于15pa，继续抽真空120min。确定最后30min内熔体中无气泡产生，且真空度小于8pa。在30min内将加热温度降低至600℃并浇铸成型，打开真空系统，将产品转移至手套箱内冷却。在手套箱中将冷却好的氧化硼轻轻取出，经检查合格后用两层铝箔袋真空封装。放入铂金坩埚中利用红外吸收光谱仪进行测试，结果显示产氧化硼的含水量为145ppm，见图1#3测试结果，达到了高温覆盖剂级氧化硼的要求，且产品收率达到95%。
本发明高温覆盖剂级氧化硼的生产方法，综合考虑生产成本、生产周期、产品质量稳定性等方面，未采用最低的真空度和最高的脱水温度，生产出了达到高温覆盖剂级要求的氧化硼，且产品收率不低于95%。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。