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广州市谱源气体有限公司
三氟化硼BF3的应用
2011-12-17 16:22:42
三氟化硼是有机合成和石油化工广泛应用的一种重要催化剂，在很多有机化学反应如烷基化、聚合、异构化、加成、综合及分解等过程中都有应用。它之所以在催化反应方面如有如此广泛的应用领域，是由于硼电子层结构有生成络合物的强烈倾向，在酸性催化作用中产生催化活性结构，这一点非常重要。在许多反应中，以三氟化硼为基础的催化剂要比无机酸金属的卤化物催化效能更活泼，而且不至于引起不利的副反应。作为催化剂，BF3可以在各种形态下应用，例如以单独气态使用，或者和许多类型的无机与有机物助剂一同使用及制成它的络合物应用。同时它又可采用蒸馏或化学方法进行再生回收，经精制重新使用。BF3及其化合物在环氧树脂中用做固化剂，在聚酶纤维染色、制造醇溶性酚醛树脂中也有广泛的应用。
（一）有机合成催化剂
BF3在许多有机合成中担当催化作用。如在中分子量PIB的工业化生产中，采用BF3催化体系，不但能简化生产装置、缩短生产周期、降低劳动强度，而且可显著提高PIB收率。
（二）离子渗硼
“渗硼”术语第一次在文献中出现是1917年，但有关渗硼处理及渗硼层特性的详细资料却在五十多年后才出现。渗硼或硼化，是一种应用于黑色和有色金属材料的奥氏体化学热处理，使其表面生成含硼化物的硬化层。渗硼层的硬度高达2000HV，具有良好的耐磨性和抗蚀性。由于三氟化硼更易于操作，无需在气路上加热，在炉膛内分布更均匀，且由于其硼的含量较高，故常用于离子渗硼中硼的载气。
（三）用做常温快速固化剂
BF3是环氧树脂常温快速固化剂。BF3作为固化剂须与环氧树脂分开包装，随用随配。操作时配比误差影响粘接质量，工艺繁琐。现选择不同熔点的固体物质作为包裹材料，将BF3制成微型胶囊，通过囊壁阻断环氧树脂与BF3作用，从而制成单一成分产品且可稳定贮存，通过囊材熔点选择释放温度，在此温度下囊材放出BF3固化剂，与环氧树脂混合，促使其快速固化。且可通过选择囊材物质的黏性与分子链长，改善固化环氧树脂的柔顺性。
（四）核技术领域应用
用三氟化硼-10-乙醚络合物与氯化钙反应生成硼酸三甲酯，然后进行水解，经蒸浓后，得到的高纯硼酸可用于核反应堆作为中子慢化剂。
BF3的某些络合物以10 BF3的形式富集10B，可用于分离硼的同位素。而10BF3可在核技术中的比例中子计数器内用做中子吸收介质，并用于核反应堆的控制。
（五）半导体器件制造工艺的离子注入源
三氟化硼在半导体器件制造工艺中用做离子注入源，可以改善半异体器件的性能。
在元素周期表中的IV族硅原子晶体中掺杂V族原子时，因外层电子多出一个自由电子而能够导电。我们把V族杂质称N型杂质，而把生成自由电子的原子称为给予体。当掺杂III族原子时，与上述情况相反，因缺少一个电子而出现孔洞。在此孔内，邻近的电子可以跳入，并可按顺序移动。这种III族杂质称为P型杂质，而产生孔的原子则称为受体。
通常，磷和砷作为N型杂质使用，硼则作为P型杂质使用。这种杂质称为掺杂剂，加掺杂剂的过程称作掺杂质。通常，掺杂质的比例为106-107个硅原子中掺杂1个杂质，以形成一个导电区。
掺杂质的方法有热扩散法和离子注入法。热扩散法是把硅片置于扩散炉中，在杂质气的气质中加热到大约1000℃，这时杂质原子便扩散进入硅结晶中，从而形成导电区的一种方法。热扩散法通常使用的气体，对于P型有乙硼烷（B2H6），N型有磷化氢（PH3）和砷化氢（AsH3）。
离子注入法是在真空中把杂质原子离子化后在电场中加速，然后把离子打入晶体内的技术。离子注入法使用的气体有三氯化硼（BF3）、磷化氢和砷化氢。离子注入法因其内部安装有质量分析仪来挑选所需的离子，因此很少受杂质的影响。此外，通过电场调节可以控制离子注入量，并可以调节离子注入浓度及位置，因此比热扩散法优越。
（六）冶金及焊接
BF3能防止镁及其合金在熔融铸造时发生氧化作用，在焊接镁材时用做焊剂。它也用做钢或其他金属表面硼化处理剂的组分，还用做铸钢的润滑剂。在钛的电弧焊接中，如有BF3参与，焊缝便会有较强的抗冲击性能。
（七）合成乙硼烷
用BF3可以制备硼烷。它与碱金属氢化物反应生成乙硼烷。与Grignard试剂反应生成有机硼化合物。
（八）医用
随着医学领域的技术进步，新的抗生素药物不断被开发出来。这些抗生素新药的合成过程需要三氟化硼气体作为催化剂。
