一种碳酰氟的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳酰氟的制备方法，属于氟化工、电子工业气体领域。所述方法通过一氧化碳和含氟物质反应制备碳酰氟；所述含氟物质为四氟化碳、三氟化硼、三氟化氮、四氟化硫、六氟化硫、三氟化磷、五氟化磷、硫酰氟或六氟乙烷中的至少一种；选择了有利反应条件，如温度、压力、含氟物质与一氧化碳的比例和含氟物质供气流量；所述方法还可添加稀释介质进行稀释或使用催化剂催化反应；所述方法不使用氟气，降低了反应器的腐蚀、反应热、反应剧烈程度、潜在爆炸的危险性以及副反应引起的收率下降，可安全、经济和有效地制备碳酰氟。本发明专利技术还提供了在一氧化碳和氟气反应制备碳酰氟中使用的稀释介质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于氟化工、电子工业气体领域。
技术介绍
目前，在半导体制造装置和液晶制造工序中，通常用以全氟烃为代表的气体，如全氟化碳(PFC)或三氟化氮(NF3),作为常规的刻蚀气体和清洁气体，但是上述常规气体通常具有较大的全球变暖潜能(GWP，Global Warming Potential)值，均属于温室气体，为了减少温室效应，需要开发具有低GWP值的替代产品。碳酰氟(COF2)又称羰基氟、氟光气，清洗特性优良，清洗效果不逊于全氟化碳和三氟化氮，具有较低GWP值 。由于碳酰氟与水发生反应分解为二氧化碳(C02)，其在大气中能迅速分解，即使考虑生成的CO2，其GWP值100年也仅为0.7左右。因此，碳酰氟与所述常规清洁气体相比具有大大削弱温室效应的效果；另外，由于碳酰氟遇水分解为CO2，工业应用中残余的碳酰氟，可用水清洗机轻松除去，不需要全氟化碳和三氟化氮的废气去除装置，减少了制造工序的能量消耗，目前己有碳酰氟在液晶工业中实用化的报道(日本经济产业新闻“转换成液晶生产用清洗气COF2”，2005年6月30日)。因此，碳酰氟作为全氟化碳和三氟化氮等化学气相沉积(CVD )腔室清洁气体的最有效的替代产品，具有广阔的发展潜力，可用于半导体制造装置的清洁气体和蚀刻气体，有机化合物的氟化气和原料以及有机合成的中间体、氟化剂，作为半导体制造装置用的清洁气体需要高纯度的碳酰氟。现有技术中，碳酰氟的制备方法通常为以下四种:1.使用一氧化碳(CO)或二氧化碳与氟气(F2)、二氟化银等氟化剂反应的方法所述方法主要存在以下缺陷:一氧化碳与氟气的反应，可爆炸性地发生，需要昂贵的耐腐蚀材料，另外，由于反应热引起所得的碳酰氟中包含四氟化碳(CF4)和其他杂质而纯度低，为了控制巨大的反应热需使用大型设备；一氧化碳和二氟化银的反应，可相对安全地合成高纯度的碳酰氟，但是该反应的产率较低，为70% 85%，且所得的碳酰氟可能包含杂质二氧化碳；另外，由于二氟化银具有相当高的反应性，会通过与空气中的水反应而分解，从而降低产率，二氟化银还具有高的吸水性能，因此，所吸收的水往往造成碳酰氟水解形成二氧化碳和氟化氢，从而降低碳酰氟的纯度和产率。2.使用光气与氟化氢、三氟化锑、三氟化砷、氟化钠等氟化剂反应的方法所述方法主要存在以下缺陷:所用的光气是一种高毒性物质；另外，由所述方法合成的碳酰氟可能包含以下杂质:a)碳酰氟氯，b)衍生自氟化剂中水份的二氧化碳以及氯化氢，由于CO2、氯化氢的沸点与碳酰氟的沸点接近，因此难以分离。3.使用三氟甲烷与氧气反应的方法所述方法主要存在以下缺陷:需要500°C以上的高温反应，大多数情况产品含有作为副产物的CO2，难以从碳酰氟中除去。另外，三氟甲烷属于温室气体，具有严重的温室效应，生产受限制。4.使用四氟乙烯与氧气反应的方法所述方法主要存在以下缺陷:将四氟乙烯与氧气反应的方法，由于产生非常大的反应热，伴随有爆炸的危险。第I种方法中，具体涉及以下几种制备方法:I)将二氧化碳与氟气直接氟化的方法(日本专利特开平11-116216号公报)；2)将一氧化碳与氟气直接氟化的方法(J.Am.Chem.Soc.1969，91，4432)；3)通过一氧化碳与氟气的反应的方法，添加至少I种氮气、氦、氖或氩作为稀释介质使之反应(日本专利特开2003-267712号公报)；4)通过一氧化碳 与氟气的反应的方法，添加作为稀释介质的氟化氢或碳酰氟使之反应(中国专利 ZL200480036110.8)；5)通过一氧化碳与氟气的反应的方法，通入液体中产生气泡使之反应(中国专利ZL200580043042.2)；6)通过一氧化碳与金属氟化物(例如三氟化钴，四氟化铈，二氟化银，四氟化锡)的反应(中国专利ZL02149600.5)；其中，中国专利ZL200420105773.8，对一氧化碳和氟气反应的反应器作了改进，设计了一种改进型一氧化碳氟化反应器，其中，一氧化碳进气管伸入反应室，进气管的端部连接有喷头。目前，国内外虽然也有关于COF2的制备方法报道，一般是用作有机合成中间体、氟化剂，作为实验室产品，产量极小，技术也较落后，难以工业化生产，特别是纯度不高，不能满足高端电子产品的需求。但COF2作为全氟化碳或三氟化氮等CVD腔室清洗气最有效的替代产品，发展潜力巨大。因此有必要进一步研究开发一种高安全性、高纯度、高产率、更经济地制备碳酰氟的方法及其装置。
技术实现思路
针对现有技术中一氧化碳与氟气直接氟化制备碳酰氟的方法需要昂贵的耐腐蚀材料，安全危险性高、产物纯度较低、产率较低、为控制反应热需使用大型设备等缺陷，本专利技术的目的之一在于提供，所述方法使用一氧化碳与含氟物质反应制备碳酰氟，具有安全性高、产品纯度高、产率高和更经济的优点。本专利技术的目的之二在于提供一种稀释介质，所述稀释介质为含氟物质，可用于一氧化碳与氟气反应制备碳酰氟的方法中，减低一氧化碳与氟气反应的剧烈程度，避免潜在爆炸等安全风险，可安全高效的制备得到碳酰氟。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。，所述方法通过一氧化碳和含氟物质反应制备碳酰氟；其中，所述含氟物质为四氟化碳、三氟化硼、三氟化氮、四氟化硫、六氟化硫、三氟化磷、五氟化磷、硫酰氟或六氟乙烷中的至少一种。所述反应温度为50°C 2000°C，优选为100°C 1000°C;反应压力为-0.09MPa 5MPa，优选为-0.05MPa IMPa，所述压力数值为表压；含氟物质中氟原子与一氧化碳的物质的量比之为0.1 600:1，优选为0.5 60:1 ;标准状态(即温度20°C，压强101.325kPa)下含氟物质的供气流量，按照折合为氟原子的量计算，为0.02m3/h 1200m3/h，优选为0.2m3/h 600m3/h。本专利技术所述碳酰氟的制备方法，其中，可将所述一氧化碳和所述含氟物质中的至少一方以稀释介质进行稀释；所述稀释介质选自含氟物质、氪气、氙气、氡气、氯化氢或二氧化碳中的至少一种，或本领域现有碳酰氟制备方法中常规稀释介质中的至少一种，所述常规稀释介质包括氮气、氦气、氖气、氩气、氟化氢或碳酰氟等；所述稀释介质与所述一氧化碳的物质的量之比为0.5 60:1。本专利技术所述碳酰氟的制备方法可使用催化剂，所述催化剂为银、钴、锰、锡或铈的金属氟化物中的至少一种，或在反应时被氟化得到所述金属氟化物的物质中的至少一种，如氯化物、 溴化物、碘化物或氧化物等，以氟化银为例，如，AgCl、AgBr、AgI或Ag2O,可在制备时被氟化变为AgF或AgF2 ;所述金属氟化物包括对应的不同高低价态上述物质，即，具有同样元素组成但具有不同价态的物质，如一氟化银(AgF)、二氟化银(AgF2)等。本专利技术所述碳酰氟的制备方法中，所述一氧化碳、含氟物质和稀释介质可使用市场上销售的原料，或者其他的工业上可得到的原料，原料当含有大量杂质的情况下，制备前优选经过预先纯化处理，如提纯、干燥等预处理过程，将杂质分离除去，但是，该杂质实质上对制备没有影响，且容易与碳酰氟纯化分离的情况下，可不将该杂质降低至纯度范围内，所述一氧化碳、含氟物质和稀释介质优选以物质的量计算纯度> 90%，更优选纯度> 99%。本专利技术所述碳酰氟的制备方法可为连续式、半连续式或间歇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳酰氟的制备方法，其特征在于：通过一氧化碳和含氟物质反应制备碳酰氟；所述含氟物质为四氟化碳、三氟化硼、三氟化氮、四氟化硫、六氟化硫、三氟化磷、五氟化磷、硫酰氟或六氟乙烷中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种碳酰氟的制备方法，其特征在于:通过一氧化碳和含氟物质反应制备碳酰氟；所述含氟物质为四氟化碳、三氟化硼、三氟化氮、四氟化硫、六氟化硫、三氟化磷、五氟化磷、硫酰氟或六氟乙烷中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种碳酰氟的制备方法，其特征在于:反应温度为50°C 2000°c，反应压力为-0.09MPa 5MPa。3.根据权利要求2所述的一种碳酰氟的制备方法，其特征在于:反应温度为100°C 1000°C，反应压力为-0.05MPa IMPa。4.根据权利要求1所述的一种碳酰氟的制备方法，其特征在于:含氟物质中氟原子与一氧化碳的物质的量之比为0.1 600:1。5.根据权利要求4所述的一种碳酰氟的制备方法，其特征在于:含氟物质中氟原子与一氧化碳的物质的量之比为0.5 60:1。6.根据权利要求1所述的一种碳酰氟的制备方法，其特征在于:以氟原子计，含氟物质的供气流量为0.02mVh 1200m3/h。7.根据权利要求6所述的一种碳酰氟的制备方法，其特征在于:以氟原子计，含氟物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋玉贵，孟祥军，董云海，李丹丹，朱文东，乔蓓蓓，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：