摘要：六氟乙烷主要用于蝕刻氣體、器件清洗劑、制冷劑、醫學等領域。本文介紹了六氟乙烷的性質、應用及制備方法。
關鍵詞：六氟乙烷；性質；應用；制備
一．六氟乙烷的性質
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，容器內壓力會增大，有炸裂的危險，一旦與可燃氣體接觸會燃燒產生劇毒氣體氟化氫。
二．六氟乙烷的應用
含氟電子氣體在全球電子氣體市場上占據30%的比例，可以用作蝕刻氣體、清洗劑以及制冷劑等領域。在制冷劑行業，臭氧層的破壞導致全球變暖從而帶來了海平面上升、紫外輻射加強等問題，各國不得不重視這一嚴重的環境問題。而氟氯烴對臭氧層的極大破壞是根本原因，各國開始實行節能減排措施來減緩臭氧層的破壞，同時積極研究和開發各種環保的新型產品。在開發出綠色環保產品之前需要替代品，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小于其它氟氯烴。在半導體行業，六氟乙烷作為蝕刻劑以其無毒性和高穩定性優于其他電子氣體，作為器件清洗劑，又具有排放性低、利用率高等特點。另外，六氟乙烷還被用于化學工業、電力工業、醫療事業以及光纖生產等領域。
1.六氟乙烷應用于制冷劑
制冷劑經歷了三代，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，但是在研究出新的第四代之前需要有替代品進行過渡，而六氟乙烷以其穩定性強、無毒性、不可燃等優勢廣泛應用于超低溫冷凍系統。
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，主要應用于冷凍干燥機、超低溫冰箱、生化試驗箱等超低溫設備中。R508B 制冷劑制冷時的溫度可降至-80℃或者更低，符合工業標準，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、半導體行業等領域，電子氣體都占有很重要的地位，隨著電子行業的更新換代，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的發展還是必不可少的，一般在電子行業中，含氟電子氣體主要用作清洗劑和蝕刻劑。
半導體制造中有顆粒、有機物、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重的影響，長期不處理，甚至會導致線路短路，燒壞設備。對這些污染物對應的清洗方法主要有濕法化學清洗和干法清洗，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，但是隨著電子行業的發展，儀器設備的更加精密，為了儀器設備的維護，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，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用前景。
蝕刻工藝是選擇性的在硅表面復制需要的圖形，去除一些不需要的材料。隨著大規模集成電路的發展，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，濕法蝕刻的優點是操作更加簡單，節約成本，但是它是各向同性，并且會出現鉆蝕現象，一旦蝕刻器件過小無法使用，而干法蝕刻克服了這些缺點，具備各向異性，適合刻蝕一些復雜的陡直圖形，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定性的優勢且具備精準性高，蝕刻率高等優點。主要用于反應設備內部硅表面的蝕刻。六氟乙烷邊緣側向侵蝕現象極微的特點使其可以廣泛地應用于亞微米級設備器件的蝕刻[3]。
3.六氟乙烷可用做電氣設備的絕緣氣
氣體作為絕緣介質可以重復循環使用，而氣體絕緣設備體積一般較小，維護簡單，且不易損壞。因此，氣體絕緣設備已經廣泛在市場上流通，如氣體絕緣變壓器、電纜、斷路器等。氣體絕緣介質到現今共經歷過三個階段：第一階段發現了六氟化硫具有強電負性，耐電性強，為當時最理想的氣體絕緣介質，目前，六氟化硫仍然是電力系統不可或缺的絕緣介質，但是由于其容易液化不適用于寒冷地區；第二階段是以六氟化硫為主充入氮氣、二氧化碳等普通氣體，構成混合氣體，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，從環保角度考慮，降低環境的溫室效應[5]。六氟乙烷具有良好的穩定性，且不易燃易爆，無毒性，對于設備無腐蝕性，不會因為電流導致分解，可以用來隔絕導電體，作為電氣設備的氣體絕緣介質。
4. 六氟乙烷用于醫療事業
化膿性眼內炎是因為眼內嚴重感染導致的，如不及時治療，將導致眼睛失明，六氟乙烷可以在玻璃體切制手術后，作為抑菌藥物填充玻璃體間[6]。
六氟乙烷性質穩定，常溫成氣態，能吸收血液中的氣體膨脹，它的滯留性以及膨脹性為視網膜的復位提供了充足的時間，被應用于鞏膜扣帶術[7]。
三．六氟乙烷的制備
常規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。
國內五氟乙烷已實現工業規模生產，并且我們公司有制氟條件，所有我們六氟乙烷生產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的腐蝕性和很強的氧化性。在生產之前先對整個系統進行抽真空干燥處理，用N2置換，對和F2有直接接觸的設備、管道進行鈍化處理，之后對整個系統再用N2置換，抽真空干燥處理。該反應為放熱反應，特別是有氟氣參加反應，則反應中燃燒或爆炸的風險相應變大，我們在氟化合成時原料F2要用氮氣、氬氣、四氟化碳、六氟乙烷等其它不與F2反應的氣體進行稀釋，目的就是抑制反應中出現燃燒或爆炸的情況，減少斷鏈、聚合反應的發生。當反應器到達一定溫度，可將準備好的五氟乙烷與氟氣稀釋氣按照一定的比例通入反應器反應，反應得到的混合氣依次通過堿洗塔、吸附塔，再進入精餾系統提純，最終得到高純的六氟乙烷。
四．結束語
六氟乙烷具有良好的穩定性，無毒性，使其在全氟烴占有優勢地位，現在市場流通的全氟烴中有50%是六氟乙烷。六氟乙烷廣泛應用于制冷劑、蝕刻劑，清洗劑和醫療事業，但是隨著各國對溫室效應的逐漸重視，六氟乙烷的GWP值為9200，對環境有很大影響，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用前景。
參考文獻
[1]楊建芳. 六氟乙烷應用前景和市場分析[J]. 浙江化工，2008,39(10):14-16.
[2]張士偉. 半導體晶圓的污染雜質及清洗技術[J]. 電子工業專用設備，2014,7(233):18-20.
[3]李盛姬,黃雪靜,齊海,張建軍. 含氟電子氣體研究進展[J]. 低溫與特氣，2013,3,1(1):1-5.
[4]黃志義. 國外VLsl等離子蝕刻設備的現狀及發展趨勢[J]. 電子工業專用設備，1992,21(1):13-14.
[5]肖登明. 環保型絕緣氣體的發展前景[J]. 高電壓技術，2016,42(4):1035-1036.
[6]傅永艷. 惰性氣體全氟乙烷對化膿性眼內炎的臨床作用[J]. 中國誤診學雜志，2007,7(7):1454-1455.
[7]張暉. 國產全氟乙烷在鞏膜扣帶術中的應用護理[J]. 護士進修雜志，2004,19(3):263-264.
