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四氟化碳的应用

发布日期:2019/11/2 13:16:10

【背景及概述】[1][2][3]

四氟化碳又名四氟甲烷。无色无臭无味气体。分子量88.01。熔点-150℃。沸点 -128℃。密度1.96克/立方厘米 (-184℃)。微溶于水。对热非常稳定。用于致冷剂、溶剂、润滑剂、绝缘材料、红外检波管的冷却剂。四氟化碳具有很高的稳定性,属于完全不燃性气体,但与可燃性气体燃烧时,会分解产生有毒氟化物。常温下不与酸、碱及氧化剂反应,900℃以下不与Cu、Ni、W、Mo等过渡金属反应,仅在碳弧温度下缓慢分解。1 000℃不与碳、氢及甲烷反应。室温下可与液氨一金属钠试剂反应,高温下可与碱金属、碱土金属及SiO 反应,生成相应的氟化物。四氟化碳是目前微电子工业中用量最大的等离子体蚀刻气体,广泛用于硅、氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨等薄膜材料的蚀刻,在电子器件表面清洗、太阳能电池的生产、激光技术、低温制冷、气体绝缘、泄漏检测剂、控制宇宙火箭姿态、印刷电路生产中的去污剂、润滑剂及制动液等方面也有大量应用。由于化学稳定性极强,四氟化碳还可用于金属冶炼和塑料行业等。当今超大规模集成电路所用电予气体的特点和发展趋势是超纯、超净、多品种、多规格,各国为推动本国微电子工业发展,越来越重视发展特种电子气体的生产技术。就目前而言,四氟化碳以其相对低廉的价格长期占据着蚀刻气体市场,因此具有广阔的发展潜力。

【应用[2] 

四氟化碳是目前微电子工业中用量最大的等离子体蚀刻气体,广泛用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨等薄膜材料的蚀刻,在电子器件表面清洗、太阳能电池的生产、激光技术、低温制冷、气体绝缘、泄漏检测剂、控制宇宙火箭姿态、印刷电路生产中的去污剂、润滑剂及制动液等方面也有大量应用。由于化学稳定性极强,CF4还可用于金属冶炼和塑料行业等。当今超大规模集成电路所用电子气体的特点和发展趋势是超纯、超净、多品种、多规格,各国为推动本国微电子工业发展,越来越重视发展特种电子气体的生产技术。就目前而言,CF4以其相对低廉的价格长期占据着蚀刻气体场,因此具有广阔的发展潜力。

下游产品例举: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、钨薄膜材料等薄膜材料、电子器件表面清洗剂、太阳能电池、去污剂、润滑剂、制动液、安全白爆防爆式干粉灭火器。

【制备】[2][3]

工业上生产CF4的方法有以下几种:

1)烷烃直接氟化法。该方法的优点是工艺成熟、操作简单、原料易得。但也存在反应不易控制、产物复杂、收率低等缺点,最终可能被其他工艺所淘汰。

2)氟氯甲烷氟化法。很早就有用氟氯甲烷与HF进行气相反应制备CF 的报道,但对氟氯甲烷氟化较相应的甲烷更为困难, 反应需在催化剂存在下进行。催化剂通常使用含Cr化合物。此法的优点是工艺简单、操作安全,多数情况下不需使用昂贵的 ,设备投资低。但随着CFCs和氢氟氯烃(HCFCs)的逐步禁用,该工艺的原料来源受到限制而影响使用。

3)氢氟甲烷氟化法。氢氟甲烷氟化法是一种适合工业化推广的生产方法,具有工艺简单、不需使用催化剂、四氟化碳收率和纯度高等优点。但目前作为原料的氢氟甲烷价格相对较高,限制了工业化装置的规模。

4)氟碳直接合成法。四氟化碳最早就是通过氟碳直接反应制得的,该方法经过不断的发展与完善,已成为工业上制备全氟烷的最主要方法之一氟碳直接反应法的优点为原料易得、反应可控、产物纯度高。据称该方法已被AP实现工业化生产,产品纯度达99.99%以上,可满足电子工业的需求。

【主要参考资料】[6]

[1] 唐忠福. 氟碳合成高纯四氟化碳的工艺技术[J]. 低温与特气, 2013 (1): 32-34.

[2] 陈鸿昌. 四氟化碳生产技术与市场[J]. 化工生產與技術, 2010, 17(5): 21-25.

[3] 于剑昆. 四氟化碳的合成与开发[J]. 化学推进剂与高分子材料, 2004, 2(3): 14-17.

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