高纯铟

高纯铟

1．金属铟概述

1.1 铟的性质

铟(In)属于稀散金属，位于周期表ⅢA族，原子序数为49，相对原子质量为114.82，在地壳中含量与银相似，为1 x 10-5％；价数有+1和+3。铟呈银白色，有强金属光泽，可塑性很大，延展性好，可以压延成极薄的铟片，莫氏硬度为1.2。化学性质和铁相近，常温时不为空气所氧化，加热超过其熔点则迅速和氧、硫化合，无毒性。铟可溶于各种浓度的盐酸、硫酸和硝酸等无机酸，致密的铟在沸水及某些碱液中不被腐蚀。铟和溴在常温时即发生化合，加热时则可以与碘发生化合。铟可以与多种金属生成合金。应用形式为小锭或棒、丸、条、板、粒和单晶。纯度分工业级和高纯度级(不纯物少于10×10-4％)。表1为金属铟的主要物理性质。

表1 金属铟的主要物理性质

性质参数性质参数

密度(20℃)/g．cm-3 7.31 溶化热/Kj·mol-l 3.27

熔点/℃ 156.6 汽化热/Kj·mol-l 232.4

沸点/℃ 2075 热导率/W·mol-l 80.0

平均比热容

243 电阻率/uΩ·cm 8.8

(0～lOO℃)/J．(kg·K)-1

1.2 铟的用途

铟是一种多用途金属，是制造半导体、焊料、无线电工业、整流器和热电偶的重要材料，且随着科技的进步其应用范围在不断扩大，特别是在高科技领域，铟的应用具有广阔的前景，图4示出了铟的主要用途。

图 4 铟的用途

A 易熔合金

低熔点合金如伍德合金中每加1％的铟可降低熔点1.45℃，当加铟到19.1％时熔点可降到47℃。铟基低熔点合金是作热信号及热控制器件的材料，主要用于弱电器件及光学工业中；在特殊电气真空仪器中作可动元件的特殊润滑剂；作自动消火栓；作异型薄管制弯曲处加工的固形充填物，而不发生如用砂时的易滑动、用树脂或铅的易断裂以及没有用树脂或

铅时的难以清洗与清除之弊；利用含Bi大于55％的低熔点合金在凝固时的膨胀可充作安装难以固定的卡夹用材，或做珠宝加工的支撑夹具，便于精加工；无论作填充物或作夹具用，一旦加工完后，只需加热到其低熔点的温度时即可与主体分离，而低熔点合金仍可再用，类此还可作铸造模型的母型材用；作焊料，铟与锡的合金可作真空密封之用，如作玻璃-玻璃和玻璃-金属间的焊剂，In-Me远较Pb-Sn及Au-Sn优越，经登月舱在月球上着陆，查明了铟材在低温下的延展性十分可靠且不脆化与开裂；铟的二元、三元等低熔合金具有良好的高温抗伸强度及抗疲劳强度，常见的铟基低熔点合金见表2。

表2 铟基焊接剂

B 焊接剂

铟与银、铋和铅等金属可形成一系列熔点间于47～234℃的金属焊接剂，俗称软合金。因为铟焊料具有较好的润湿玻璃性能，且对某些贵金属基片的渗透较弱，故主要用于电子及低温物理领域焊接，既防止损坏印刷电路板，又可利用其熔点逐渐降低而实现堆焊电子元件等，如用在高真空系统中作焊接玻璃-玻璃、玻璃-金属及电子器件的焊接剂用。合金In-Cu32-Zn15-Cd20-Ni2-Ag30.5具有良好的导电性，又有较优的力学性能和防腐能力，故在机械工业中用作焊接钢、铁及有色金属的焊料；某些铟基低熔合金，如In-Sn25-37.5Pb25-37.5、InSn75、In-Sn50及In-Pb50等具有抗碱腐蚀特性，可作为氯碱工业化工设备的焊接剂。

C 涂层及防腐合金

铟及铟基合金具有耐磨、耐腐及力学性能良好的特性，故常用作控制仪表、地球物理仪、监测辐射仪及红外线仪等的涂层，如In-Zn-Al作航空及汽车工业中的防腐涂层；纯度大于99％的铟作高速航空发动机银铅铟轴承材料及传统装饰纪念品的涂层；如今由于铝导线在电力工业中的发展，用铟作铝线接头和连接器的涂层可保证高的电导率及良好的力学性能。

铟的另一重要用途是镀在飞机发动机、汽车发动机的轴承上，可增加轴承的强度、硬度和抗腐蚀性，并使表面易于涂油，从而能大大提高轴承的使用期限。In-Ag-Cu、In-Cu-Pb、In．Pb-AR及In-Cu等合金因制造高级高速发动机轴承而广泛用于航空及汽车工业；铟基合金可作玻璃透镜的抛光材料；金、钯、银、铜同铟组成的合金常用来制作假牙和装饰品，如In-Ni-Ga常用作牙科材料；In-Te77-82可作热电偶。

向润滑剂中添加少量铟的化合物，则可降低其腐蚀性；反射镜类仪器涂铟既能增大其反射性能、不怕海水腐蚀，又不易在空气中变暗，故为军工及海事中采用。

D 电子、电池工业

高纯铟是电子工业上的重要原料，用于制造化合物半导体锑化铟、砷化铟、磷化铟等，以及作为半导体锗、硅的掺杂元素。例如，锑化铟可用作红外线检波器的材料，磷化铟可用

作微波振荡器等。铟的另一较大用途是作二极管、晶体管和整流器中的合金接点材料，在电器开关的触点或碳刷上涂铟，可改善电器接触处的烧损；而In203与Ag20及AgCl组成的材料，可作良好的电接点材料；而液态Ga-In-Sn合金也是电接点的良好材料；InSb制备的集成电路可用于无接点开关与无电刷马达。铟还可以用作锗晶体管的发射极与集电极，其中作为锗晶体管中的掺杂元素，在PNP锗晶体管生产中，铟的用量相当大。

铟的ⅢA-V A族化合物广泛用于光通信及红外仪器中，如InGaAs用于光通信长波段(1.3～1．7um)激光器；GalnP作发光元件；InAs及InAsP作霍尔元件；InSb作红外探测器用于制导装置及装备红外热成像仪；InP可用于制作大功率激光器。

铟最广泛、用量最大的用途是在电子工业中作液晶显示用的ITO(透明导电膜)，用于手表、小计算器、便携式电视机、摄像机及文字处理机等，目前更向大型化、彩色化发展，如液晶电视、投影电视屏幕像显示管，且已进入光磁记录材料市场。其次作为透明电极，充作飞机及机车挡风板玻璃窗的场致发光元件制作雾冰器，既保证了玻璃窗透明可见度，又可去雾、冰；透明热IT0或In203涂膜可作透明热反射体，如低压铟钠灯、反射热的建筑玻璃窗、冷冻食物的冰冻仓及烤箱炉门等。

铟丝可制作3.4K的电阻加热元件；铟有两种用于能源的电池，即太阳能铟光电池与含铟非晶态硅电池；用铟硒氧化物涂在塑料薄膜上以及用Gu-In-Se膜做成的光电池，比硅太阳能电池价廉且转换率高。在无汞锌粉的制备中添加铟可以起到防腐的作用。

E 原子能工业

铟镉铋合金在原子能工业上作吸收中子用的材料，铟箔可用来测量中子流并可测定其能量，这是因为铟在慢中子作用下具有易激发的特性，故用作测定反应堆中子流和其能量的指示剂。In-Ag15-Cd80、In-Ag80-Cd5及In-Bi-Cd等可作核反应堆中吸收中子的核控制棒；In-Ca-C 低熔点合金可作原子能工业中的冷却回路材料。

F 化工催化剂

金属铟作催化剂用于以液态N204进行乙氰爆炸氧化反应中。在100～400℃间使氢和重氢作用而产出HD2，或使蚁酸分解采用In/Ge催化剂。400℃时脱酒精或脱水以及分解N20或在20％下的CCl4液中进行NH3的氧化反应等用氧化铟催化。丙烯的氧化和在空气中于375℃下使2-3-二甲基萘生产萘都是用In203／Al203催化剂。In203／C是使溴和氢合成HBr的良好催化剂。InCl3多用于催化取代反应过程中，如在95％下作苯与n-苄基氯取代反应的催化剂，只需1min即可获得氯二苯基甲烷与HCl，其产出率高达85.7％。在250～325℃和5.1～25.3MPa下使乙烯水合为C2H3OH(气相)时，在硅胶或炭上的铟硼酸盐是一良好催化剂。在0～225℃间环醚的聚合中常用的催化剂是In／Al203。In2S3和In203是用于Li2O／NiO进行离解N204的助催化剂。日本研究用In203作催化剂，以便使煤、木炭及焦油在300～600℃下发生氧化，而从水中提取氢作新能源。

此外，研究中的光纤维通信中InGaAsO／InP异质结激光器，也是铟的新用途。

1.3 几种重要的铟化合物

A IT0薄膜

氧化铟锡或掺锡氧化铟薄膜是一种重掺杂、高简并N型半导体，简称IT0薄膜。经扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和平面图像高分辨率电镜(HREM)研究采用各种技术生长的ITO 薄膜的微结构表明，该材料是复杂的立方铁锰矿型结构(即立方In203)的多晶体，组成多晶体的大晶粒中含有亚晶粒区，电子迁移率在15～450cm2／(V·s)范围内，因此，该化合物具有优异的电学和光学性能。

由于IT0薄膜材料具有优异的光电特性，膜层硬度高且耐磨耐蚀，导电性能及加工性能极好，因而近年来得以迅速发展。其主要应用在乎面液晶显示、太阳能电池电极、热辐射反射镜等方面。此外，ITO膜能防静电、防雾、除雾。可应用于需要屏蔽电磁波的地方，如计