四氟化碳(CF4)是微电子工业用量最大的等离子蚀刻气体,用于硅、二氧化硅等薄膜材料蚀刻;作为低温制冷剂、绝缘介质;用于电子器件清洗、太阳能电池生产、激光技术、气体绝缘、泄漏检测;还可作金属冶炼、塑料行业原料,以及低温制冷、润滑剂、制动液等;化学稳定性强,1000℃下不水解,常温不与铜、镍、钨反应,高浓度有麻醉作用,高纯气可配氧作蚀刻气。
微电子工业等离子体蚀刻(硅、二氧化硅等薄膜材料);低温制冷;气体绝缘;泄漏检测;印刷电路去污;太阳能电池;激光技术;金属冶炼;塑料行业;电子器件表面清洗;润滑剂、制动液;安全自爆防爆式干粉灭火器
路线1:碳/氟相关反应
- 碳与氟反应;一氧化碳与氟反应;碳化硅与氟反应;氟石与石油焦在电炉反应;二氟二氯甲烷与氟化氢反应;四氯化碳与氟化银/氟化氢反应。
- 四氯化碳与氟化氢反应:在填氢氧化铬的高温镍管中进行,反应后气体经水洗、碱洗除酸性气体,冷冻、硅胶除水,精馏得成品。
- 碳化硅与氟反应:5~10g碳化硅粉末+0.1g硅粉置于镍盘,放入蒙乃尔合金反应管,通氟气(先与硅反应放热,再与碳化硅反应),通等体积干燥氮气稀释,生成气体经液氮冷却镍捕集器冷凝,气化后通过NaOH洗气瓶除SiF4,硅胶和五氧化二磷干燥塔得产品。
- 活性炭与氟反应:在反应炉通高浓氟气,加热控温,产品经除尘、碱洗除HF等杂质,脱水得85%粗品,低温精馏除O2、N2、H2得高纯CF4。
路线2:烷烃直接氟化法
- 甲烷与Cl2、HF在催化剂(Al2O3、Cr2O3、CoCl2)存在下气态反应:CH4+4Cl2+4HF→CF4+8HCl,反应在1~5s接触时间、450~550℃下,管式/流化床反应器进行,工艺成熟但产物复杂收率低。
路线3:氟氯甲烷氟化法
- 多段反应:第一段CF3Cl与HF在CrO2F2催化剂流化床反应(CF3Cl+HF→CF4+HCl,催化剂由Cr(Ⅲ)氢氧化物与HF或CrF3·3H2O在O2下制得,CF3Cl:HF=1:2~8,空速10~150h-1,380~420℃),水洗碱洗干燥后第二段通HF(CF3Cl:HF=1:0.3~5,空速10~300h-1,同温度),未反应CF3Cl≤15×10-6,纯度高。
路线4:氟碳直接合成法
- 碳与F2在抑爆剂(如BrF3)存在下反应,用筛孔0.25mm石油焦,软钢反应器,美国空气产品公司工业化生产,纯度99.99%以上。