Métodos de preparação de pó de boro amorfo
O pó de boro amorfo é preparado principalmente por seis métodos principais: redução térmica de metais, redução de hidrogénio com haleto de boro, síntese por plasma, pirólise de borano, eletrólise, síntese autopropagante a alta temperatura e redução térmica de silício . Entre estas, a redução térmica com magnésio é a mais utilizada na indústria, enquanto a síntese por plasma e a redução de hidrogénio com tricloreto de boro são as preferidas para produtos de elevada pureza e nanoescala.
1. Redução Térmica do Magnésio (Método Industrial Comum, Baixo Custo)
Princípio
Desidrate o ácido bórico para preparar o trióxido de boro e, em seguida, reduza-o com magnésio a alta temperatura.
Processo
Ácido bórico → desidratação → anidrido de boro → mistura com pó de magnésio → redução a alta temperatura a 850–950℃ → produto bruto de boro → decapagem com ácido clorídrico → lavagem com água → purificação secundária → secagem → peneiramento.
Vantagens e desvantagens
- Vantagens: Baixo custo, produção em massa estável, tamanho de partícula de 0,5 a 2 μm, pureza de 92% a 98%.
- Desvantagens: Contém impurezas de óxido de magnésio e boro-magnésio que requerem uma purificação profunda; difícil atingir pureza de grau eletrónico.
2. Redução de Hidrogénio com Haleto de Boro (Primeira Escolha para Alta Pureza e Grau Electrónico)
Princípio
O tricloreto de boro de alta pureza reage com o hidrogénio em condições de fase gasosa a alta temperatura para formar boro amorfo.
Temperatura de reação: 1200–1500℃
Vantagens e desvantagens
- Vantagens: Alta pureza, de até 99,9% a 99,999%, teor de impurezas ultrabaixo, tamanho de partícula controlável de 0,1 a 1 μm, ideal para dopagem de semicondutores.
- Desvantagens: Equipamento caro, o tricloreto de boro é altamente tóxico e corrosivo, elevado custo de produção.
3.º Método de síntese por plasma (nano grau de alta pureza)
Princípio
O tricloreto de boro e o hidrogénio reagem instantaneamente sob um arco de plasma de temperatura ultra-elevada; o arrefecimento rápido inibe a cristalização, sintetizando diretamente nanopartículas de boro amorfo.
Vantagens e desvantagens
- Vantagens: Tamanho nanométrico das partículas, elevada atividade química, elevada pureza, estrutura amorfa estável.
- Desvantagens: Equipamentos complexos, elevado consumo energético, capacidade de produção em grande escala limitada.
4. Método de pirólise do borano (produção em laboratório e em pequenos lotes com elevada pureza)
Princípio
O diborano é pirolisado a 400–800℃ para produzir boro amorfo; o boro cristalino forma-se quando a temperatura excede os 1000℃.
Funcionalidades
Disponível com pureza até 99,99% e tamanho de partícula ultrafino; o diborano é tóxico, de combustão espontânea e explosivo, sendo apenas aplicável à investigação laboratorial e à produção em pequenos lotes.
5.º Método de eletrólise de sal fundido (grau especial e nuclear)
Princípio
Utilizando fluoroborato como eletrólito fundido, o boro amorfo precipita no cátodo através de eletrólise a 700–800℃.
Funcionalidades
A pureza atinge os 95%–98%, sendo adequada para materiais de blindagem nuclear enriquecidos com boro-10; requer elevada resistência à corrosão a altas temperaturas para os equipamentos, elevado consumo de energia e gama de aplicações restrita.
6. Síntese autopropagante a alta temperatura e redução térmica do silício
- Síntese autopropagante : Desencadeia uma reação rápida por ignição local, baixa pureza (92%–94%), partículas finas e uniformes.
- Redução térmica do silício : Prepara-se pó de boro amorfo esférico; os subprodutos são solúveis em água e fáceis de remover por lavagem.
Comparação de vários métodos de preparação
| Método de preparação | Faixa de Pureza | Tamanho da partícula | Custo de produção | Aplicação típica |
|---|---|---|---|---|
| Redução térmica do magnésio | 92%–98% | 0,5–2 μm | Baixo | Propelente sólido, aditivo de sinterização cerâmica |
| Redução de hidrogénio de haleto de boro | 99,9%–99,999% | 0,1–1 μm | Alto | Dopagem de semicondutores, indústria eletrónica |
| Síntese de plasma | 99,9%–99,97% | 30–100 nm | Médio-Alto | Materiais de nanopolimento, materiais de alta energia |
| Pirólise do Borano | Até 99,99% | 50–200 nm | Extremamente alto | Investigação científica, materiais avançados especiais |
| Eletrólise de sais fundidos | 95%–98% | 1–5 μm | Médio | Blindagem contra radiação nuclear, isótopo de boro e |