摘要：六氟乙烷主要用于蝕刻氣體、器件清洗劑、制冷劑、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。本文介紹了六氟乙烷的性質(zhì)、應(yīng)用及制備方法。
關(guān)鍵詞：六氟乙烷；性質(zhì)；應(yīng)用；制備
一．六氟乙烷的性質(zhì)
六氟乙烷常溫常壓下為無色、無味、非可燃的無毒氣體，微溶于水，可溶于苯、四氯化碳、乙醇，不溶于甘油、酚。六氟乙烷可引起快速窒息，吸入后會引起頭暈、惡心，若遇到很高的溫度，容器內(nèi)壓力會增大，有炸裂的危險，一旦與可燃?xì)怏w接觸會燃燒產(chǎn)生劇毒氣體氟化氫。
二．六氟乙烷的應(yīng)用
含氟電子氣體在全球電子氣體市場上占據(jù)30%的比例，可以用作蝕刻氣體、清洗劑以及制冷劑等領(lǐng)域。在制冷劑行業(yè)，臭氧層的破壞導(dǎo)致全球變暖從而帶來了海平面上升、紫外輻射加強(qiáng)等問題，各國不得不重視這一嚴(yán)重的環(huán)境問題。而氟氯烴對臭氧層的極大破壞是根本原因，各國開始實行節(jié)能減排措施來減緩臭氧層的破壞，同時積極研究和開發(fā)各種環(huán)保的新型產(chǎn)品。在開發(fā)出綠色環(huán)保產(chǎn)品之前需要替代品，能盡量減少對臭氧層破壞，六氟乙烷ODP(臭氧層破壞潛能值)為0，對臭氧層的破壞性遠(yuǎn)小于其它氟氯烴。在半導(dǎo)體行業(yè)，六氟乙烷作為蝕刻劑以其無毒性和高穩(wěn)定性優(yōu)于其他電子氣體，作為器件清洗劑，又具有排放性低、利用率高等特點(diǎn)。另外，六氟乙烷還被用于化學(xué)工業(yè)、電力工業(yè)、醫(yī)療事業(yè)以及光纖生產(chǎn)等領(lǐng)域。
1.六氟乙烷應(yīng)用于制冷劑
制冷劑經(jīng)歷了三代，第一代以NH3和CO2為主，成本過高；第二代為含氯的制冷劑，對臭氧層破壞過大；第三代為含氟的碳化合物，雖然造成了全球溫室效應(yīng)，但是在研究出新的第四代之前需要有替代品進(jìn)行過渡，而六氟乙烷以其穩(wěn)定性強(qiáng)、無毒性、不可燃等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于超低溫冷凍系統(tǒng)。
目前，最主要的用法是R116與R23相配組成共沸混合制冷劑R508。另外，按照不同組分可以將其分為R508A和R508B，R508A含61%R116和39% R23，R508B含54%R116和46%R23。R508B廣泛用于各種超低溫冷凍設(shè)備上[1]。R-508B作為廣泛使用的超低溫制冷劑，以其良好的綜合性能成為CFC-13、R-503和HFC-23的替代品，主要應(yīng)用于冷凍干燥機(jī)、超低溫冰箱、生化試驗箱等超低溫設(shè)備中。R508B 制冷劑制冷時的溫度可降至-80℃或者更低，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以長期成為R-13、R-503和R-23的替代品。
R508B對于其組分六氟乙烷的要求不高，只需99.5%以上純度即可，生產(chǎn)成本低，有利于R508的推廣。而隨著第二代含氯制冷劑的逐漸淘汰，R508的市場需求持續(xù)增加，從而帶動對原料六氟乙烷的需求不斷增大。
2.六氟乙烷用作清洗劑和蝕刻劑
在集成電路、液品顯示、半導(dǎo)體行業(yè)等領(lǐng)域，電子氣體都占有很重要的地位，隨著電子行業(yè)的更新?lián)Q代，對于電子氣體的純度要求也慢慢變高，而在電子氣體中，含氟電子氣體占了30%的市場份額，可見含氟電子氣體在電子行業(yè)的發(fā)展還是必不可少的，一般在電子行業(yè)中，含氟電子氣體主要用作清洗劑和蝕刻劑。
半導(dǎo)體制造中有顆粒、有機(jī)物、金屬和氧化物，顆粒和金屬污染物對于晶體與器件的性能和工作有嚴(yán)重的影響，長期不處理，甚至?xí)?dǎo)致線路短路，燒壞設(shè)備。對這些污染物對應(yīng)的清洗方法主要有濕法化學(xué)清洗和干法清洗，而干法清洗相對于濕法清洗，具有操作簡單，清洗效率高，清洗后表面無劃痕且干凈。雖然目前濕法清洗仍然占主要比例，但是隨著電子行業(yè)的發(fā)展，儀器設(shè)備的更加精密，為了儀器設(shè)備的維護(hù)，干法清洗將慢慢取代濕法清洗[2]。
含氟電子氣體在干法清洗中尤為突出，由于其較低的沸點(diǎn)，在常溫下以氣體形式存在，適用于干法清洗，目前的含氟氣體清洗劑有四氟甲烷、六氟乙烷、八氟丙烷、六氟化硫、三氟化氮碳酰氟、氟氣等，在市場上流通的主要是以六氟乙烷和四氟甲烷為主的含氟清洗氣體[3]。相比于四氟甲烷，六氟乙烷利用率高，排放率低，也使其具有了更大的應(yīng)用前景。
蝕刻工藝是選擇性的在硅表面復(fù)制需要的圖形，去除一些不需要的材料。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，蝕刻器件尺寸越來越小，干法蝕刻成為了亞微米級以下尺寸的蝕刻器件的主要方法，濕法蝕刻的優(yōu)點(diǎn)是操作更加簡單，節(jié)約成本，但是它是各向同性，并且會出現(xiàn)鉆蝕現(xiàn)象，一旦蝕刻器件過小無法使用，而干法蝕刻克服了這些缺點(diǎn)，具備各向異性，適合刻蝕一些復(fù)雜的陡直圖形，另外1M位以上的集成度的蝕刻器具必須用干法蝕刻[4]。
含氟電子氣體主要用于干法蝕刻，含氟電子氣體蝕刻劑主要有四氟甲烷、三氟甲烷、二氟甲烷、一氟甲烷、六氟乙烷、八氟丁烷等，四氟甲烷蝕刻速率快，對多品硅選擇比低，由于蝕刻時以氟原子活性基為主，因此要降低氟原子的濃度來提高對精硅的選擇比。六氟乙烷作為干法蝕刻的含氟電子氣體，六氟乙烷具有無毒性及高穩(wěn)定性的優(yōu)勢且具備精準(zhǔn)性高，蝕刻率高等優(yōu)點(diǎn)。主要用于反應(yīng)設(shè)備內(nèi)部硅表面的蝕刻。六氟乙烷邊緣側(cè)向侵蝕現(xiàn)象極微的特點(diǎn)使其可以廣泛地應(yīng)用于亞微米級設(shè)備器件的蝕刻[3]。
3.六氟乙烷可用做電氣設(shè)備的絕緣氣
氣體作為絕緣介質(zhì)可以重復(fù)循環(huán)使用，而氣體絕緣設(shè)備體積一般較小，維護(hù)簡單，且不易損壞。因此，氣體絕緣設(shè)備已經(jīng)廣泛在市場上流通，如氣體絕緣變壓器、電纜、斷路器等。氣體絕緣介質(zhì)到現(xiàn)今共經(jīng)歷過三個階段：第一階段發(fā)現(xiàn)了六氟化硫具有強(qiáng)電負(fù)性，耐電性強(qiáng)，為當(dāng)時最理想的氣體絕緣介質(zhì)，目前，六氟化硫仍然是電力系統(tǒng)不可或缺的絕緣介質(zhì)，但是由于其容易液化不適用于寒冷地區(qū)；第二階段是以六氟化硫為主充入氮?dú)?、二氧化碳等普通氣體，構(gòu)成混合氣體，解決了低溫易液化的問題，降低了成本，并且性能并未下降多少；第三階段是選擇全氟烴來作為六氟化硫的替代品，從環(huán)保角度考慮，降低環(huán)境的溫室效應(yīng)[5]。六氟乙烷具有良好的穩(wěn)定性，且不易燃易爆，無毒性，對于設(shè)備無腐蝕性，不會因為電流導(dǎo)致分解，可以用來隔絕導(dǎo)電體，作為電氣設(shè)備的氣體絕緣介質(zhì)。
4. 六氟乙烷用于醫(yī)療事業(yè)
化膿性眼內(nèi)炎是因為眼內(nèi)嚴(yán)重感染導(dǎo)致的，如不及時治療，將導(dǎo)致眼睛失明，六氟乙烷可以在玻璃體切制手術(shù)后，作為抑菌藥物填充玻璃體間[6]。
六氟乙烷性質(zhì)穩(wěn)定，常溫成氣態(tài)，能吸收血液中的氣體膨脹，它的滯留性以及膨脹性為視網(wǎng)膜的復(fù)位提供了充足的時間，被應(yīng)用于鞏膜扣帶術(shù)[7]。
三．六氟乙烷的制備
常規(guī)六氟乙烷的制備方法：
(1)以乙烷或乙烯為起始原料的電解氟化法；
(2)四氟乙烯的熱分解法；
(3)以金屬氟化物氟化C2H6、C2H4或C2H2的方法；
(4)在催化劑作用下，使用HF氟化二氯四氟乙烷或者一氯五氟乙烷；
(5)用F2直接氟化法可以制備六氟乙烷。
國內(nèi)五氟乙烷已實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，并且我們公司有制氟條件，所有我們六氟乙烷生產(chǎn)選擇采用五氟乙烷直接氟化的工藝路線。由于原料氟氣有非常強(qiáng)的腐蝕性和很強(qiáng)的氧化性。在生產(chǎn)之前先對整個系統(tǒng)進(jìn)行抽真空干燥處理，用N2置換，對和F2有直接接觸的設(shè)備、管道進(jìn)行鈍化處理，之后對整個系統(tǒng)再用N2置換，抽真空干燥處理。該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，特別是有氟氣參加反應(yīng)，則反應(yīng)中燃燒或爆炸的風(fēng)險相應(yīng)變大，我們在氟化合成時原料F2要用氮?dú)狻鍤?、四氟化碳、六氟乙烷等其它不與F2反應(yīng)的氣體進(jìn)行稀釋，目的就是抑制反應(yīng)中出現(xiàn)燃燒或爆炸的情況，減少斷鏈、聚合反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)反應(yīng)器到達(dá)一定溫度，可將準(zhǔn)備好的五氟乙烷與氟氣稀釋氣按照一定的比例通入反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)得到的混合氣依次通過堿洗塔、吸附塔，再進(jìn)入精餾系統(tǒng)提純，最終得到高純的六氟乙烷。
四．結(jié)束語
六氟乙烷具有良好的穩(wěn)定性，無毒性，使其在全氟烴占有優(yōu)勢地位，現(xiàn)在市場流通的全氟烴中有50%是六氟乙烷。六氟乙烷廣泛應(yīng)用于制冷劑、蝕刻劑，清洗劑和醫(yī)療事業(yè)，但是隨著各國對溫室效應(yīng)的逐漸重視，六氟乙烷的GWP值為9200，對環(huán)境有很大影響，在未找到新的替代品之前，六氟乙烷仍然有很大的市場及應(yīng)用前景。
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