四氟化碳性質(zhì)、用途與生產(chǎn)工藝
四氟甲烷（Tetrafluoromethane），又稱四氟化碳，無色，無味，無嗅氣體。不溶于水，常壓下25℃時(shí)為0.0015，溶于氯仿和苯。本品無毒、不燃。高濃度時(shí)有麻醉作用。其高純氣及其配高純氧氣的混合氣，是目前微電子工業(yè)中用量最大的等離子蝕刻氣體，也可作為低溫制冷劑、低溫絕緣介質(zhì)?；瘜W(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性均好，對(duì)許多試劑呈惰性，在1000℃下不水解。常溫下不與銅、鎳和鎢反應(yīng)。由于C-F鍵的化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng), 因此以CF4為代表的全氟烴可認(rèn)為是基本無毒的。
圖1為四氟甲烷化學(xué)結(jié)構(gòu)式。
四氟甲烷（CF4）具有高穩(wěn)定性，屬于完全不燃?xì)怏w，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)，1000 ℃以下不與碳、氫及CH4反應(yīng)。室溫下可與液氨-金屬鈉試劑反應(yīng)，高溫下CF4可與堿金屬、堿土金屬及SiO2反應(yīng), 生成相應(yīng)的氟化物。CF4在800 ℃下開始分解，在電弧作用下可與CO和CO2反應(yīng)生成COF2，有人還試圖在碳弧溫度中使CF4聚合來合成其他碳氟化合物。
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、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(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（CF4）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?BR>
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(rùn)滑劑、制動(dòng)液、安全自爆防爆式干粉滅火器。
目前工業(yè)上制備四氟甲烷CF4的方法主要有烷烴直接氟化法、氟氯甲烷氟化法、氫氟甲烷氟化法和氟碳直接合成法等。
烷烴直接氟化法是工業(yè)上最早采用這種方法來制備氟代烷烴, 但該反應(yīng)劇烈放熱, 難以控制, 需要采用特別的措施。
杜邦(法國(guó))公司的專利介紹了一種在有催化劑存在下, 使甲烷與Cl2和HF于氣態(tài)下反應(yīng)來制備四氟甲烷CF4的方法。反應(yīng)式如下：CH4+4Cl2+4HF---CF4+8HCl。
反應(yīng)在1個(gè)填充催化劑的管式反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器中進(jìn)行, 采用預(yù)先經(jīng)HF活化的金屬氧化物或鹵化物作催化劑, 特別是Al2O3，Cr2O3和CoCl2。提 Cl2和HF的用量及反應(yīng)溫度有利于CF4生成, 控制反應(yīng)溫度在450～550 ℃, 反應(yīng)物接觸時(shí)間在0.5～5s。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、原料易得。但該方法也存在反應(yīng)不易控制、產(chǎn)物復(fù)雜、收率低等缺點(diǎn), 最終將被其他工藝所淘汰。
日本大金工業(yè)株式會(huì)社的專利報(bào)道了一種通過多段反應(yīng)生產(chǎn)高純四氟化碳CF4的工藝。第1段反應(yīng)是在填充有 CrO2F2催化劑的流化床反應(yīng)器中使 CF3Cl 與HF 反應(yīng), 反應(yīng)式如下:CF3Cl+HF---CF4+HCl。
所用催化劑可通過 Cr(Ⅲ) 氫氧化物與 HF 在200～600 ℃下反應(yīng), 或CrF3?3H2O在O2存在下于350～750 ℃下加熱制得。CF3Cl與HF的物質(zhì)的量的比控制在 1:2～8, 氣體空速為10～150h-1, 反應(yīng)溫度380～420 ℃。第1段生成的氣體經(jīng)水洗、堿洗、干燥后進(jìn)入第2段反應(yīng)。
在第2段反應(yīng)中, 再通入HF, 使CF3Cl與 HF的物質(zhì)的量的比控制在 1:0.3～5, 氣體空速在 10～300h-1, 反應(yīng)溫度不變。用這種方法可使未反應(yīng)CF3Cl的摩爾分?jǐn)?shù)控制在15×10-6以下, 產(chǎn)物有較高的純度。
氟氯甲烷氟化法的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單, 操作安全, 多數(shù)情況下不需使用昂貴的F2, 設(shè)備投資低。但隨著CFC和HCFC的逐步禁用, 該工藝的原料來源受到限制, 最終將停止使用。
四氟化碳（CF4）最早就是通過氟碳直接反應(yīng)法制得的，該方法經(jīng)過不斷的發(fā)展與完善, 如今已成為工業(yè)上制備全氟烷的最主要的方法之一。
日本關(guān)東電化株式會(huì)社的專利介紹了一種在抑爆劑存在下，使碳與F2反應(yīng)來制備高純CF4的工藝。采用氟化鹵素作抑爆劑，特別是BrF3。使用篩孔0.25 mm的石油焦碳，反應(yīng)器由耐腐蝕的軟鋼制成。
氟碳直接反應(yīng)法的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在原料易得，反應(yīng)可控，產(chǎn)物純度高。據(jù)稱該方法已被美國(guó)空氣產(chǎn)品公司(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。
儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的不燃?xì)怏w專用庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應(yīng)與易（可）燃物、氧化劑分開存放，切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。
化學(xué)性質(zhì)
無色無臭無味氣體。熔點(diǎn)-150℃（-184℃），沸點(diǎn)128℃，密度1.96g/cm3。微溶于水。對(duì)熱非常穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)比四氯化碳更不活潑。
用途
用于致冷劑、溶劑、潤(rùn)滑劑、絕緣材料、紅外檢波管的冷卻劑。也用于制作低溫液體壓力計(jì)或作為惰性氣體，或用于各種集成電路的等離子刻蝕工藝和激光氣體。
用途
用于各種集成電路的等離子刻蝕工藝，也用作激光氣體及制冷劑
生產(chǎn)方法
由碳與氟反應(yīng)，或一氧化碳與氟反應(yīng)，或碳化硅與氟反應(yīng)，或氟石與石油焦在電爐里反應(yīng)，或二氟二氯甲烷與氟化氫反應(yīng)，或四氯化碳與氟化銀反應(yīng)，或四氯化碳與氟化氫反應(yīng)，都能生成四氟化碳。四氯化碳與氟化氫的反應(yīng)在填有氫氧化鉻的高溫鎳管中進(jìn)行，反應(yīng)后的氣體經(jīng)水洗、堿洗除去酸性氣體，再通過冷凍，用硅膠除去氣體中的水分，最后經(jīng)精餾而得成品。
類別
壓縮氣體和液化氣體
毒性分級(jí)
低毒
急性毒性
吸入-大鼠 LCL0: 895000 PPM/15分
儲(chǔ)運(yùn)特性
庫房通風(fēng)低溫干燥; 與易燃物分開存放
滅火劑
水
四氟化碳
上下游產(chǎn)品信息
上游原料
下游產(chǎn)品