四氟化碳

四氟甲烷（Tetrafluoromethane），又称四氟化碳，无色，无味，无嗅气体。不溶于水，常压下25℃时为0.0015，溶于氯仿和苯。本品无毒、不燃。高浓度时有麻醉作用。其高纯气及其配高纯氧气的混合气，是目前微电子工业中用量最大的等离子蚀刻气体，也可作为低温制冷剂、低温绝缘介质。化学稳定性及热稳定性均好，对许多试剂呈惰性，在1000℃下不水解。常温下不与铜、镍和钨反应。由于C-F键的化学稳定性极强, 因此以CF4为代表的全氟烃可认为是基本无毒的。

图1为四氟甲烷化学结构式。

四氟甲烷（CF4）具有高稳定性，属于完全不燃气体，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，1000 ℃以下不与碳、氢及CH4反应。室温下可与液氨-金属钠试剂反应，高温下CF4可与碱金属、碱土金属及SiO2反应, 生成相应的氟化物。CF4在800 ℃下开始分解，在电弧作用下可与CO和CO2反应生成COF2，有人还试图在碳弧温度中使CF4聚合来合成其他碳氟化合物。 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、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，四氟化碳（CF4）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。
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、安全自爆防爆式干粉灭火器。 目前工业上制备四氟甲烷CF4的方法主要有烷烃直接氟化法、氟氯甲烷氟化法、氢氟甲烷氟化法和氟碳直接合成法等。
烷烃直接氟化法是工业上最早采用这种方法来制备氟代烷烃, 但该反应剧烈放热, 难以控制, 需要采用特别的措施。
杜邦(法国)公司的专利介绍了一种在有催化剂存在下, 使甲烷与Cl2和HF于气态下反应来制备四氟甲烷CF4的方法。反应式如下：CH4+4Cl2+4HF---CF4+8HCl。
反应在1个填充催化剂的管式反应器或流化床反应器中进行, 采用预先经HF活化的金属氧化物或卤化物作催化剂, 特别是Al2O3，Cr2O3和CoCl2。提 Cl2和HF的用量及反应温度有利于CF4生成, 控制反应温度在450～550 ℃, 反应物接触时间在0.5～5s。
该方法的优点是工艺成熟、操作简单、原料易得。但该方法也存在反应不易控制、产物复杂、收率低等缺点, 最终将被其他工艺所淘汰。 日本大金工业株式会社的专利报道了一种通过多段反应生产高纯四氟化碳CF4的工艺。第1段反应是在填充有 CrO2F2催化剂的流化床反应器中使 CF3Cl 与HF 反应, 反应式如下:CF3Cl+HF---CF4+HCl。
所用催化剂可通过 Cr(Ⅲ) 氢氧化物与 HF 在200～600 ℃下反应, 或CrF3?3H2O在O2存在下于350～750 ℃下加热制得。CF3Cl与HF的物质的量的比控制在 1:2～8, 气体空速为10～150h-1, 反应温度380～420 ℃。第1段生成的气体经水洗、碱洗、干燥后进入第2段反应。
在第2段反应中, 再通入HF, 使CF3Cl与 HF的物质的量的比控制在 1:0.3～5, 气体空速在 10～300h-1, 反应温度不变。用这种方法可使未反应CF3Cl的摩尔分数控制在15×10-6以下, 产物有较高的纯度。
氟氯甲烷氟化法的优点在于工艺简单, 操作安全, 多数情况下不需使用昂贵的F2, 设备投资低。但随着CFC和HCFC的逐步禁用, 该工艺的原料来源受到限制, 最终将停止使用。 四氟化碳（CF4）最早就是通过氟碳直接反应法制得的，该方法经过不断的发展与完善, 如今已成为工业上制备全氟烷的最主要的方法之一。
日本关东电化株式会社的专利介绍了一种在抑爆剂存在下，使碳与F2反应来制备高纯CF4的工艺。采用氟化卤素作抑爆剂，特别是BrF3。使用筛孔0.25 mm的石油焦碳，反应器由耐腐蚀的软钢制成。
氟碳直接反应法的优点表现在原料易得，反应可控，产物纯度高。据称该方法已被美国空气产品公司(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。 储存于阴凉、通风的不燃气体专用库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与易（可）燃物、氧化剂分开存放，切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。 无色无臭无味气体。熔点-150℃（-184℃），沸点128℃，密度1.96g/cm3。微溶于水。对热非常稳定，化学性质比四氯化碳更不活泼。 用于致冷剂、溶剂、润滑剂、绝缘材料、红外检波管的冷却剂。也用于制作低温液体压力计或作为惰性气体，或用于各种集成电路的等离子刻蚀工艺和激光气体。 用于各种集成电路的等离子刻蚀工艺，也用作激光气体及制冷剂 由碳与氟反应，或一氧化碳与氟反应，或碳化硅与氟反应，或氟石与石油焦在电炉里反应，或二氟二氯甲烷与氟化氢反应，或四氯化碳与氟化银反应，或四氯化碳与氟化氢反应，都能生成四氟化碳。四氯化碳与氟化氢的反应在填有氢氧化铬的高温镍管中进行，反应后的气体经水洗、碱洗除去酸性气体，再通过冷冻，用硅胶除去气体中的水分，最后经精馏而得成品。 压缩气体和液化气体 低毒 吸入-大鼠 LCL0: 895000 PPM/15分 库房通风低温干燥; 与易燃物分开存放 水