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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(wú)色無(wú)臭無(wú)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(duì)熱非常穩(wěn)定。用于致冷劑、溶劑、潤(rùn)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(shí),會(huì)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(guò)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(yáng)能電池的生產(chǎn)、激光技術(shù)、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測(cè)劑、控制宇宙火箭姿態(tài)、印刷電路生產(chǎn)中的去污劑、潤(rùn)滑劑及制動(dòng)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(shì)是超純、超凈、多品種、多規(guī)格,各國(guó)為推動(dòng)本國(guó)微電子工業(yè)發(fā)展,越來(lái)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(duì)低廉的價(jià)格長(zhǎng)期占據(jù)著蝕刻氣體市場(chǎng),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(yáng)能電池的生產(chǎn)、激光技術(shù)、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測(cè)劑、控制宇宙火箭姿態(tài)、印刷電路生產(chǎn)中的去污劑、潤(rùn)滑劑及制動(dòng)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(shì)是超純、超凈、多品種、多規(guī)格,各國(guó)為推動(dòng)本國(guó)微電子工業(yè)發(fā)展,越來(lái)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(duì)低廉的價(jià)格長(zhǎng)期占據(jù)著蝕刻氣體場(chǎng),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(yáng)能電池、去污劑、潤(rùn)滑劑、制動(dòng)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(jiǎn)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。

四氟化碳的應(yīng)用

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(bào)道,但對(duì)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(jiǎn)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(lái)源受到限制而影響使用。

四氟化碳的應(yīng)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(jiǎn)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(jià)格相對(duì)較高,限制了工業(yè)化裝置的規(guī)模。

四氟化碳的應(yīng)用

4)氟碳直接合成法。四氟化碳最早就是通過(guò)氟碳直接反應(yīng)制得的,該方法經(jīng)過(guò)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(chǎng)[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(kāi)發(fā)[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2004, 2(3): 14-17.

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