75-73-0 / 四氟化碳的應(yīng)用

【背景及概述】^[1][2][3]

四氟化碳又名四氟甲烷。無色無臭無味氣體。分子量88.01。熔點(diǎn)-150℃。沸點(diǎn) -128℃。密度1.96克/立方厘米 (-184℃)。微溶于水。對熱非常穩(wěn)定。用于致冷劑、溶劑、潤滑劑、絕緣材料、紅外檢波管的冷卻劑。四氟化碳具有很高的穩(wěn)定性，屬于完全不燃性氣體，但與可燃性氣體燃燒時，會分解產(chǎn)生有毒氟化物。常溫下不與酸、堿及氧化劑反應(yīng)，900℃以下不與Cu、Ni、W、Mo等過渡金屬反應(yīng)，僅在碳弧溫度下緩慢分解。1 000℃不與碳、氫及甲烷反應(yīng)。室溫下可與液氨一金屬鈉試劑反應(yīng)，高溫下可與堿金屬、堿土金屬及SiO 反應(yīng)，生成相應(yīng)的氟化物。四氟化碳是目前微電子工業(yè)中用量最大的等離子體蝕刻氣體，廣泛用于硅、氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及鎢等薄膜材料的蝕刻，在電子器件表面清洗、太陽能電池的生產(chǎn)、激光技術(shù)、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測劑、控制宇宙火箭姿態(tài)、印刷電路生產(chǎn)中的去污劑、潤滑劑及制動液等方面也有大量應(yīng)用。由于化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)，四氟化碳還可用于金屬冶煉和塑料行業(yè)等。當(dāng)今超大規(guī)模集成電路所用電予氣體的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢是超純、超凈、多品種、多規(guī)格，各國為推動本國微電子工業(yè)發(fā)展，越來越重視發(fā)展特種電子氣體的生產(chǎn)技術(shù)。就目前而言，四氟化碳以其相對低廉的價格長期占據(jù)著蝕刻氣體市場，因此具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

【應(yīng)用】^[2]　

四氟化碳是目前微電子工業(yè)中用量最大的等離子體蝕刻氣體，廣泛用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及鎢等薄膜材料的蝕刻，在電子器件表面清洗、太陽能電池的生產(chǎn)、激光技術(shù)、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測劑、控制宇宙火箭姿態(tài)、印刷電路生產(chǎn)中的去污劑、潤滑劑及制動液等方面也有大量應(yīng)用。由于化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)，CF4還可用于金屬冶煉和塑料行業(yè)等。當(dāng)今超大規(guī)模集成電路所用電子氣體的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢是超純、超凈、多品種、多規(guī)格，各國為推動本國微電子工業(yè)發(fā)展，越來越重視發(fā)展特種電子氣體的生產(chǎn)技術(shù)。就目前而言，CF4以其相對低廉的價格長期占據(jù)著蝕刻氣體場，因此具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

下游產(chǎn)品例舉：硅薄膜材料、二氧化硅薄膜材料、氮化硅薄膜材料、磷硅玻璃薄膜材料、鎢薄膜材料等薄膜材料、電子器件表面清洗劑、太陽能電池、去污劑、潤滑劑、制動液、安全白爆防爆式干粉滅火器。

【制備】^[2][3]

工業(yè)上生產(chǎn)CF4的方法有以下幾種：

1）烷烴直接氟化法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟、操作簡單、原料易得。但也存在反應(yīng)不易控制、產(chǎn)物復(fù)雜、收率低等缺點(diǎn)，最終可能被其他工藝所淘汰。

2）氟氯甲烷氟化法。很早就有用氟氯甲烷與HF進(jìn)行氣相反應(yīng)制備CF 的報道，但對氟氯甲烷氟化較相應(yīng)的甲烷更為困難， 反應(yīng)需在催化劑存在下進(jìn)行。催化劑通常使用含Cr化合物。此法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、操作安全，多數(shù)情況下不需使用昂貴的 ，設(shè)備投資低。但隨著CFCs和氫氟氯烴(HCFCs)的逐步禁用，該工藝的原料來源受到限制而影響使用。

3）氫氟甲烷氟化法。氫氟甲烷氟化法是一種適合工業(yè)化推廣的生產(chǎn)方法，具有工藝簡單、不需使用催化劑、四氟化碳收率和純度高等優(yōu)點(diǎn)。但目前作為原料的氫氟甲烷價格相對較高，限制了工業(yè)化裝置的規(guī)模。

4）氟碳直接合成法。四氟化碳最早就是通過氟碳直接反應(yīng)制得的，該方法經(jīng)過不斷的發(fā)展與完善，已成為工業(yè)上制備全氟烷的最主要方法之一氟碳直接反應(yīng)法的優(yōu)點(diǎn)為原料易得、反應(yīng)可控、產(chǎn)物純度高。據(jù)稱該方法已被AP實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品純度達(dá)99.99％以上，可滿足電子工業(yè)的需求。

【主要參考資料】^[6]

[1] 唐忠福. 氟碳合成高純四氟化碳的工藝技術(shù)[J]. 低溫與特氣, 2013 (1): 32-34.

[2] 陳鴻昌. 四氟化碳生產(chǎn)技術(shù)與市場[J]. 化工生產(chǎn)與技術(shù), 2010, 17(5): 21-25.

[3] 于劍昆. 四氟化碳的合成與開發(fā)[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2004, 2(3): 14-17.