一、物质概况与理化性质

四氟化碳（Carbon tetrafluoride），化学式CF₄，别名四氟甲烷、全氟甲烷，CAS登录号75-73-0，分子量88.004。常温常压下为无色、无臭、不燃的气体，密度约为空气的3.04倍（相对蒸气密度），熔点-184℃，沸点-130℃，临界温度-45.5℃，临界压力3.74MPa。其溶解性特殊，几乎不溶于水（溶解度仅0.0015wt%），但可溶于苯、氯仿等有机溶剂。分子结构呈正四面体构型，碳氟键（C-F）键能极高（约485kJ/mol），使其化学性质异常稳定，即使在热力学上可发生水解反应（CF₄+2H₂O→CO₂+4HF，ΔG°=-151kJ），但因反应速率极慢，实际表现为动力学稳定物质。

二、制备方法

工业及实验室制备四氟化碳的方法多样，主要包括：

1. 直接氟化法：碳或碳化硅（SiC）与氟气直接反应，如SiC+2F₂→CF₄+Si，反应放热需控制速率。

2. 卤代烃转化法：四氯化碳（CCl₄）与氟化银（AgF）在573K下反应，或与氟化氢（HF）在高温镍管中催化反应（填有氢氧化铬），生成CF₄并副产HCl。

3. 工业规模化生产：以氟氯烃（如CF₂Cl₂）为原料，在氟气氛中燃烧生成CF₄，产物经水洗、碱洗除酸性杂质，再精馏提纯。

4. 其他方法：一氧化碳（CO）与氟气反应、氟石与石油焦电炉反应等。

三、应用领域

四氟化碳因化学惰性、高热稳定性及独特的物理性质，在多个领域具有不可替代的作用：

1. 微电子工业：作为等离子刻蚀工艺的核心气体，用于硅、二氧化硅、氮化硅等薄膜材料的精细蚀刻，是集成电路（IC）和半导体器件制造的关键辅助材料。

2. 低温制冷与能源：沸点极低（-130℃），可用作超低温制冷剂，或与高纯氧混合作为激光气体（如准分子激光器）。

3. 化工与材料：作为溶剂、润滑剂及绝缘材料，利用其不燃性和化学稳定性，在特殊工业环境中提供安全保障。

4. 科研与检测：红外检波管冷却剂、泄漏检验示踪剂，以及太阳能电池生产中的表面处理剂。

四、安全性与环境影响

1. 健康危害：高浓度吸入可引起头痛、恶心及心血管系统损伤，液态时接触皮肤可导致冻伤；其密度高于空气，易在低洼处聚集引发窒息。

2. 环境风险：作为强效温室气体，全球变暖潜能值（GWP）约为二氧化碳的6630倍，大气寿命长达5万年，虽不破坏臭氧层（无氯原子），但需严格控制排放。

3. 储存与运输：需储存于阴凉通风的专用库房，远离火源及可燃物，库温不超过30℃，运输时避免剧烈震动导致钢瓶破裂。