氟化液一般是指碳氟化合物,是将碳氢化合物中所含的一部分或全部氢换为氟而得到的一类有机化合物。因其具备优异的电绝缘性,良好的热导性,强化学惰性,无闪点,不可燃,流动性好,使用安全性能佳等特点,氟化液被广泛应用于半导体加工、数据中心冷却、精密清洗、带电消防、新能源锂电池热控、航空电子设备喷雾冷却等领域。
根据碳氟化合物的组成成分和结构不同,可分为氯氟烃(CFC)、氢代氯氟烃(HCFC)、氢氟烃(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氢氟醚(HFE)等种类,其中全氟碳化合物(PFC)包含全氟烯烃、全氟胺、全氟聚醚(PFPE)等类型。从市场应用情况来看,氢氟醚、全氟聚醚、全氟烯烃占据市场主流。
氢氟醚类氟化液产品应用相对成熟,在精密清洗领域有较为广阔的市场空间,且已经用于数据中心单相浸没液冷领域。其在电子信息领域的清洗市场份额占比超过60%。氢氟醚类氟化液产品价格相对较低,海外厂家产品约70万元/吨。
氟原子具有强吸电子能力,氟化液既可清洗非极性的有机污染物,又可清洗极性的无机污染物。同时氟化液表面张力和黏度较小、易挥发,作为清洗剂被广泛用于液晶、显像管、高档印刷电路板、汽车化油器、精密仪器仪表部件、医疗器械、卫星、雷达等生产领域的清洗环节。氢氟醚由于同时含有氢元素和氟元素,因此分子极性较大,介电常数较高,主要用于对介电常数要求不是很严苛的领域。
目前,氢氟醚类氟化液已经作为冷却液应用于数据中心,代表产品包括3M公司的Novec系列产品等。但氢氟醚存在介电常数较高、体积电阻率较低的缺陷,在数据中心液冷冷却领域适用范围较为受限(主要适用于单相浸没液冷)。随着半导体行业的发展,预计用作高端清洗剂和冷却液等用途的氢氟醚类化合物有较大的发展空间。
全氟聚醚可用于半导体冷却与服务器液冷等领域,价格较高,国内半导体冷却用氟化液单价最高可达150万元/吨,服务器冷却用氟化液价格稍低。全氟聚醚热稳定性强、介电强度和电阻率强、化学惰性优异、与金属、塑料和弹性体相容性较好、且不可燃。其中,高沸点全氟聚醚的沸点范围为170-270℃,蒸发率较低,可用于取代具有较高蒸发率的流体,减少蒸发损失。
目前,全氟聚醚的合成工艺主要掌握在国外公司,K型和D型全氟聚醚主要有杜邦的Krytox系列产品和大金的Demnum品牌,Y型和Z型全氟聚醚主要有索尔维的Fomblin系列。全氟聚醚可分为全氟聚醚油和全氟聚醚流体,全氟聚醚油聚合度更高,可作为润滑剂应用于多种领域,全氟聚醚流体聚合度低,主要用作电子测试液、电子清洗液和导热液。国内全氟聚醚流体几乎全部为进口,消费量超过1000吨,主要供应来自3M、索尔维和德国瑞立博。其中,3M产品占国内总需求量75%以上,索尔维约占20%,德国瑞立博约占5%。
目前国内外企业正积极推进全氟聚醚流体在服务器冷却液中的应用。但由于全氟聚醚GWP值>5000,不符合绿色环保的标准,且价格较高,在半导体冷却领域市场前景较好。
全氟烯烃主要包括六氟丙烯低聚体和全氟环烯烃,具有低介电常数、低GWP值、流动性好的优点。其中最常用的是六氟丙烯低聚体,价格约20~30万元/吨,六氟丙烯低聚体产品技术壁垒较低,生产厂家众多,行业竞争激烈。
六氟丙烯低聚体主要用于服务器液冷,如六氟丙烯二聚体和三聚体比热容较高,载热能力较强,介电常数较低,击穿电压较高,具有很好的电绝缘性能,在相变和单相浸没式冷却应用较多。六氟丙烯低聚体易于大规模制备,相比于氢氟醚和全氟聚醚具备一定的成本优势,且具有一定价格优势,是理想的数据中心冷却液,但缺点是毒性不确定,不利于推广。
除上述主流氟化液外,全氟胺类氟化液也具有非常优异的化学稳定性,但是由于其合成壁垒高,限制了产品普及。全氟胺的技术路线仅电解氟化法一种,但电解氟化法工艺复杂,除了产生全氟胺外,还会生成全氟烃类和三氟化氮气体、和其他未完全氟化的副产品等,此外电解氟化法的工艺路线能耗较高。