高纯氧化镓的制备方法技术

本申请提供一种高纯氧化镓的制备方法，其包括步骤：将溶剂水加入反应釜内，升温至30℃以上，然后加入金属镓，开启搅拌装置使金属镓分散均匀，之后向反应釜内加入硝酸进行反应，反应结束后过滤除去未反应的固体杂质，得到硝酸镓溶液；将过滤后的硝酸镓溶液置于反应釜中，开启搅拌装置，然后加入氨水进行反应直至反应体系的pH值稳定不变，结束反应，停止搅拌或开启阶段性搅拌使反应后的物料在40℃～110℃下陈化，陈化结束后重新开启搅拌装置持续搅拌使物料分散均匀，然后使用离心机离心、洗涤、甩干、出料，之后在非还原性气体气氛下煅烧，得到高纯氧化镓。本申请的制备方法使用的生产设备少、生产成本低、生产效率高，同时得到的氧化镓具有较高的纯度。

Preparation of high purity gallium oxide

The application provides a preparation method of high purity gallium oxide. The method includes steps: adding solvent water to a reaction kettle, heating up to above 30 centigrade, adding metal gallium, opening a stirring device to disperse the metal gallium evenly, then adding nitric acid to the reactor, and removing unreacted solid impurities after the reaction after the reaction junction. Gallium nitrate solution is obtained; the filtrated gallium nitrate solution is placed in the reaction kettle, and the agitator is opened, then ammonia water is added to the reaction until the pH value of the reaction system is stable, the reaction is finished, the stirrer is stopped or the stage agitation is stopped at 40 to 110 C, and the agitation is reopened after the aging. The mixing device is continuously stirred and the material is dispersed evenly. Then centrifuge centrifuge, washing, drying and discharging are used, and then the high purity gallium oxide is obtained by calcining in the atmosphere of non reductive gas. The preparation method of the application has the advantages of less production equipment, low production cost and high production efficiency, and the obtained gallium oxide has high purity.

【技术实现步骤摘要】
高纯氧化镓的制备方法
本申请涉及半导体材料领域，尤其涉及一种高纯氧化镓的制备方法。
技术介绍
氧化镓(Ga2O3)是一种宽带N型半导体氧化物，其禁带宽度约为4.2eV～4.9eV。三氧化二镓在镓的氧化物中最为稳定，它有五种同分异构体结构，分别为α-Ga2O3、β-Ga2O3、γ-Ga2O3、ε-Ga2O3和δ-Ga2O3，其中具有单斜结构的β-Ga2O3性能最为稳定。β-Ga2O3晶胞由两个共棱的GaO6八面体和两个GaO4四面体组成，表面存在氧离子空位，表现出N型半导体行为，并能与其它几种同分异构体相互转化。β-氧化镓晶体的基本性质为：晶格常数分别为反射系数为1.8；介电常数为9.9～10.2。这些优良的性能使得β-氧化镓材料在平板显示、紫外探测、气体探测、太阳能电池、光催化、紫外线滤光片等方面具有广阔的应用前景。授权公告日为2012年6月27日的中国专利申请CN101993110B公开了一种微波水热法制备氧化镓的方法，其以Ga(NO3)3·xH2O为主要原料，无水乙醇和氨水为辅料，将Ga(NO3)3·xH2O晶体溶于无水乙醇，向溶液中滴加氨水至不再产生白色沉淀，去离子水洗除硝酸根离子，最后在微波消解炉中进行微波水热反应形成白色氧化镓粉末。该方法工艺原理可靠，工艺周期较短，但该方法存在较大缺陷，其形成的氢氧化镓胶体粘度大，不利于硝酸根的清洗，污水量大且难以清洗彻底，同时以乙醇作为辅料存在较高的安全隐患，产业化难度大，另外还存在原辅料成本高等劣势。授权公告日为2015年3月25日的中国专利申请CN102978649B公开了一种高纯氧化镓的制备方法，该方法以工业镓为原料，将工业镓加入碱液电解槽中，进行电解制备镓酸钠溶液，再以镓酸钠为中间物料，进行中和、洗涤、干燥、焙烧制得高纯氧化镓。虽然此方法可以制得较高纯度的氧化镓，但是产品中金属钠难以完全除尽，同时还存在生产周期长，工艺复杂，能耗高等缺点。授权公告日为2015年10月21日的中国专利申请CN104229872B公开了一种连续生产微米级氧化镓粉末的工艺，该方法将镓经过电弧炉加热到200～300℃，从金属液孔流出，同时将压缩空气加热至200～300℃，压缩空气从4个气孔同时以5～10MPa的压力喷出，液态金属镓与空气交汇处被气流冲击、剪切，同时发生氧化反应，形成粒径在2.5μm～3μm的氧化镓粉末。该方法工艺简单，生产效率相对较高，可以实现连续化生产，但是产品中容易残留未反应完全的镓，氧化镓纯度相对较低，纯度在99％～99.9％，不能满足在半导体领域及闪烁晶体领域的使用，同时还存在设备投入较高等问题。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请的目的在于提供一种高纯氧化镓的制备方法，所述制备方法使用的生产设备少、生产成本低、生产效率高，同时得到的氧化镓具有较高的纯度。为了达到上述目的，在本申请的一方面，本申请提供了一种高纯氧化镓的制备方法，其包括步骤：将溶剂水加入反应釜内，升温至30℃以上，然后加入金属镓，开启搅拌装置使金属镓分散均匀，之后向反应釜内加入硝酸进行反应，反应结束后过滤除去未反应的固体杂质，得到硝酸镓溶液；将过滤后的硝酸镓溶液置于反应釜中，开启搅拌装置，然后加入氨水进行反应直至反应体系的pH值稳定不变，结束反应，停止搅拌或开启阶段性搅拌使反应后的物料在40℃～110℃下陈化；陈化结束后重新开启搅拌装置持续搅拌使物料分散均匀，然后使用离心机离心、洗涤、甩干、出料，之后在非还原性气体气氛下煅烧，得到高纯氧化镓。相对于现有技术，本申请的有益效果为：本申请以金属镓为原料，以硝酸和氨水为辅料，通过金属镓与硝酸反应生成硝酸镓溶液，然后经沉淀、陈化、离心、洗涤、煅烧，得到高纯氧化镓。本申请的制备方法在硝酸镓溶液与氨水经沉淀反应生成氢氧化镓胶体之后，通过陈化工艺使氢氧化镓胶体转变为流动性好且易于洗涤的羟基氧化镓，因此在离心、洗涤的过程中可以除去大部分硝酸铵及其他可溶性杂质，使煅烧过程无氮氧化物产生，因此得到的氧化镓具有较高的纯度，且使得到的氧化镓分散性较好，无需进行破碎。此外本申请还可通过控制反应条件实现对氧化镓粒度的可控性。本申请的制备方法还具有生产设备少、生产成本低、生产效率高的优点。附图说明图1为实施例1的高纯氧化镓的XRD衍射图谱；图2为实施例2的高纯氧化镓的XRD衍射图谱；图3为实施例3的高纯氧化镓的XRD衍射图谱。具体实施方式下面详细说明根据本申请的高纯氧化镓的制备方法。根据本申请的高纯氧化镓的制备方法包括步骤：S1，将溶剂水加入反应釜内，升温至30℃以上，然后加入金属镓，开启搅拌装置使金属镓分散均匀，之后向反应釜内加入硝酸进行反应，反应结束后过滤除去未反应的固体杂质，得到硝酸镓溶液；S2，将过滤后的硝酸镓溶液置于反应釜中，开启搅拌装置，然后加入氨水进行反应直至反应体系的pH值稳定不变，结束反应，停止搅拌或开启阶段性搅拌使反应后的物料在40℃～110℃下陈化；S3，陈化结束后重新开启搅拌装置持续搅拌使物料分散均匀，然后使用离心机离心、洗涤、甩干、出料，之后在非还原性气体气氛下煅烧，得到高纯氧化镓。其中，阶段性搅拌表示1h内搅拌时间为5min～10min。现有技术中采用煅烧氢氧化镓制备氧化镓，在洗涤过程中，由于氢氧化镓呈胶体状、粘度大、难于离心，大量NH4+和NO3-无法去除，在煅烧过程中会产生氮氧化物，同时大量硝酸铵在高温下煅烧有发生爆炸的风险。另外由于氢氧化镓呈胶体状、粘度大，还会使得到的氧化镓产品的粒度不可控，产品均一性较差。在本申请的方法中，硝酸镓溶液与氨水反应结束后进行陈化处理，陈化过程中硝酸镓与氨水生成的胶体状的氢氧化镓大部分转化为流动性好且易于洗涤的羟基氧化镓GaO(OH)，在后续离心、洗涤的过程中可以除去大部分硝酸铵及其他可溶性杂质，极大程度地减少污水的产生，同时还可以避免洗涤不彻底造成的煅烧过程中硝酸铵分解产生氮氧化物的问题，因此可以得到纯度较高的氧化镓，且得到的氧化镓分散性较好，无需进行破碎。此外，本申请还可通过控制反应条件实现对氧化镓粒度的可控性。本申请的制备方法还具有生产设备少、生产成本低、生产效率高的特点。在本申请的方法中，金属镓与硝酸反应生成硝酸镓时，通过搅拌装置可以使金属镓分散成液滴状，可以极大地增加金属镓与硝酸的接触面积，从而加速反应进行，反应过程中可以适当的补充溶剂水。在本申请的方法中，步骤S1中，金属镓的纯度为4N及以上。在本申请的方法中，步骤S1中，硝酸及氨水的纯度为化学纯及以上。在本申请的方法中，步骤S1中，溶剂水可为蒸馏水、去离子水或纯化水。在本申请的方法中，步骤S1中，优选地，反应釜为钛制溶解釜、耐高温聚丙烯(PP)溶解釜、衬/喷涂四氟乙烯溶解釜。在本申请的方法中，步骤S1中，加入的金属镓与硝酸的摩尔比为1:(4.0～4.5)。在本申请的方法中，步骤S1中，金属镓与硝酸的反应温度可为40℃～90℃，反应时间可为12h～24h。在本申请的方法中，步骤S1中，当反应液的pH值大于0.5时停止反应。一方面，pH>0.5反应速率已经太慢，另一方面还可以避免因反应液酸度过高浪费硝酸以及后续反应过程中加入的氨水。在本申请的方法中，步骤S2中，优选地，反应釜为带夹层的钛制反应釜，其夹层可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯氧化镓的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1，将溶剂水加入反应釜内，升温至30℃以上，然后加入金属镓，开启搅拌装置使金属镓分散均匀，之后向反应釜内加入硝酸进行反应，反应结束后过滤除去未反应的固体杂质，得到硝酸镓溶液；S2，将过滤后的硝酸镓溶液置于反应釜中，开启搅拌装置，然后加入氨水进行反应直至反应体系的pH值稳定不变，结束反应，停止搅拌或开启阶段性搅拌使反应后的物料在40℃～110℃下陈化；S3，陈化结束后重新开启搅拌装置持续搅拌使物料分散均匀，然后使用离心机离心、洗涤、甩干、出料，之后在非还原性气体气氛下煅烧，得到高纯氧化镓。

【技术特征摘要】
1.一种高纯氧化镓的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1，将溶剂水加入反应釜内，升温至30℃以上，然后加入金属镓，开启搅拌装置使金属镓分散均匀，之后向反应釜内加入硝酸进行反应，反应结束后过滤除去未反应的固体杂质，得到硝酸镓溶液；S2，将过滤后的硝酸镓溶液置于反应釜中，开启搅拌装置，然后加入氨水进行反应直至反应体系的pH值稳定不变，结束反应，停止搅拌或开启阶段性搅拌使反应后的物料在40℃～110℃下陈化；S3，陈化结束后重新开启搅拌装置持续搅拌使物料分散均匀，然后使用离心机离心、洗涤、甩干、出料，之后在非还原性气体气氛下煅烧，得到高纯氧化镓。2.根据权利要求1所述的高纯氧化镓的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加入的金属镓与硝酸的摩尔比为1:(4.0～4.5)。3.根据权利要求1所述的高纯氧化镓的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属镓与硝酸的反应温度为40℃～90℃，反应时间为12h～24h。4.根据权利要去1所述的高纯氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，陈应红，张佳，朱刘，
申请(专利权)人：清远先导材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44