玻璃表面蚀刻的原理

玻璃表面蚀刻的原理

热度 6已有 84 次阅读2010-10-23 17:15|个人分类:理论和实践|

玻璃表面化学深蚀刻的工艺原理与操作方案

2007-12-17 18:57

本文对平板玻璃表面化学蚀刻做一些较为通俗的理性论述:

一、化学蚀刻的原理：

我们知道玻璃属于无机硅物质中的一种，非晶态固体。易碎；透明。它与我们的生活密不可分，现代人已不再满足于物理式机械手段加工的艺术玻璃制品，更致力于用多种化学方式对玻璃表面进行求新求异深加工，以求得到更好的视觉享受，从而使玻璃产品的附加值再度得到提高. 例如对玻璃表面进行化学粗化[蒙砂；玉砂]，化学深蚀刻[凹蒙；冰雕]，化学抛光及其它工艺，本文论述的重点将是玻璃化学的氧化与还原反应的构造及工艺操作控制性。

对于玻璃蚀刻液中起氧化反应的物质是选择纯液质的能与玻璃起氧化反应的可以是H2SO4; HCL, HNO3. 它们能与玻璃中的硅原子发生氧化作用, 形成SIO2, 做为蚀刻液中设定的络合剂氢氟酸正好能将SIO2再次分解, 从而形成我们设计的化学反应程式,达到对玻璃表面进行蚀刻的目地。例如程式:

a:3SI+4HNO3=3SIO2+2H2O+4NO b:SIO2+6HF = H2[SIF6]+2H2O

对玻璃蚀刻液配制可以展现的物质性质包含氧化剂;络合剂;缓冲剂;催化剂;附加剂;表面活性剂;酸雾抑制剂. 如下再例:

氧化剂： H2SO4 ; HCL ; HNO3;

还原剂： HF

缓冲剂： H2O; CH3COOH;

催化剂： NH4NO3; CuSO4; NaNO2; AgNO3;

附加剂： Br2

酸雾抑制剂： FC-129; FC-4; FT248TM 湿润活性剂 ; 长直链烷基TH系；烷基酚聚氧乙烯醚

按重量百分比配制玻璃蚀刻液可以视深蚀刻、浅蚀刻及抛光要求对蚀刻液中各物质百分比投料进行调整. 如下续例:

缓冲剂--------------------------------------- 40----67%

氧化剂--------------------------------------- 15----38%

络合剂--------------------------------------- 27----45%

催化剂--------------------------------------- 0.03---0.06

附加剂--------------------------------------- 0.05---0.1

表面湿润活性剂--------------------------- 0.04

酸雾抑制剂----------------------------------0.003

重度蚀刻液中氧化剂控制在20%左右; 值得提醒的是被蚀刻的玻璃凹面呈抛光

状态的控制是将缓冲剂的量放在60%左右. 若冰棱小可适量提高络合剂比例上

升4%—8%左右.

对于玻璃表面化学抛光方案另再续实例如下:

1: 100g五倍子酸 + 305ml乙醇胺 + 140ml水 + 1.3g吡嗪 + 0.24mlFC129

2: 60ml49%HF +30mlHNO3[69%] +30ml/5ml/LCrO3 +2gCu[NO3]+ 60ml CH3COOH + H2O 60ml

3: 100gH2O+ 40% HF36g + 68%HNO3 + NaNO2 0.03g + 0.24mlFC--3或0.02gFT248 4: 50g HNO3[68%] + 30gHF {55%} + CH3 COOH 30 g+ 0.6gBr2

对于以上各种化学配比希望操作人再次调试以获得良好结构比,满足工艺要求！

二、关于对玻璃表面蚀刻的冰棱大小及深度的调整方案∶

1: 蚀刻深度较理想，但冰棱较小或没有？

解决方案: 对全量加入5%—16%络合剂适量调整。

2: 蚀刻深度不理想，但冰棱大小较合适？

解决方案: 对全量加入氧化剂3%—8%适量调整。

3: 深度好，但冰棱排列不齐整？

解决方案: 对全量加入缓冲剂10%,再次混合蚀刻液后静放5---12小时即可再加工操作。

4: 即没有深度也没有冰棱？

解决方案: a: 试加10%络合剂 b: 试加8%氧化剂 c: 试加30%络合剂及18%氧化剂。

5: 深度和冰棱都理想，就是凹面不亮？

解决方案: 对全量加入12%—25%缓冲剂并适量延长蚀刻时间约30—50min即可。6: 环境气味太重可添加FC129, 对全量加入0.03—0.05%。

7: 药液还原比例:7:1法使络合剂与氧化剂新添入即时调整还原起始浓度。

8: 附加剂及催化剂定期少量加入可使蚀刻液保持敏感活度。

9: 定期对残液用5%—12% AL2[SO4]3,中和能使残液起死回生, 再度利用。

三、关于平板玻璃在浸泡法蒙砂过程中容易出现瑕癖的解决方案:

1：无论平置淋砂法或垂直浸泡法，在蒙砂之前必须将玻璃制品进行彻底脱脂清洗，并视工艺状态，决定是否用水喷枪对已脱脂的玻璃表面再度冲淋, 方向可由上至下往复操作,

2: 在蒙砂池中发现有大量的白色结晶物, 但在蒙砂时间内操作后发现砂面上有针亮点, 可对蒙砂液直接适量添加36%HCL或H2SO4[96-98%]

3: 在蒙砂池中发现白色的结晶物不多, 而且在蒙砂时间操作后发现砂面上有针

亮点甚至有大面积未被中度蒙砂, 请直接在蒙砂池中添加蒙砂粉适量并少量添加氧化剂即可修正浓度。

4: 在蒙砂操作后倘若发现砂面上有大面积花斑斓癖点, 这是池液中氧化剂过量所至, 只需往池液中适量添加自来水并同时加入少量蒙砂干粉即可解决诸上所述毛病。

5: 倘若发现蒙砂后的板面上有无数多超细小白点, 这是说明池液中已有大量的六氟化硅积淀, 解决的方案A: 对总量而言加入10—16%AL2[SO4]3, 用气泵连续冲扬导使药液与AL2[SO4]3即时分解H2SIF6, 这个分解反应结果是可使大量的H2SIF6分解成少量的AL2[SIF6]3和H2SO4适量再添入NH4F2及少量的H2O

即可使旧液复新。

6: 冬天化学蒙砂的反应速度太慢的解决方案是在池液中适量添加55%HF与氧化剂即可大大提快蒙砂速度，平置琳砂法的解决方案是在平池上端安装数个浴霸红外线灯泡，使被淋砂物质有温度提升，导至蒙砂时间提速, 提高产效.

7: 夏天蒙砂后的玻璃板面易出现象泪痕似的花道, 解决方案例如改变蒙砂粉配比结构, 不用H2SO4而选用31%HCL, 这个原理是可大大减缓蒙砂速度, 导至不易产生二次水道性再蚀刻。

8: 本人认为较好的配方案本，要选用优质的性能稳定的化工原料,才可以配比出更好的蒙砂粉,每公斤蒙砂粉可长期有效地出产高质量玉砂玻璃在12—16平方米之多。而很差的配方及低劣原料配制出的蒙砂粉只能蒙出5--8平方米，易沉淀且隔天蒙砂池中就有大块结晶, 很不易捣碎更不容易被气管扬动。

通过本文上述中理论性论述, 能使无机硅发生氧化作用的原料自然离不开强氧化剂，所谓无酸结构纯粹是神奇的慌言，这种配方中案例指导把蒙砂粉分成甲、乙双组份, 甲组份自然是蒙砂干粉, 而乙组份自然只能属于干粉级强氧化剂，这种干粉级强氧化剂依次可纳入好几种原料.例如三氧化鉻. 高锰酸钾, 重鉻酸钾, 重鉻酸铵, 硝酸铵等…….., 通过实验，验证上述多种强氧化物在蒙砂液中能对玻璃起最佳氧化结构的是硝酸铵，它在蒙砂液中所占最佳的比例是∶ 蒙砂干粉∶硝酸铵∶自来水; 0.75 : 0.25 : 0.3—0.35。

实际此结构形成的酸性决不比用31%的盐酸酸性低,不然你可以用酸度计测测看, 更不能空手去触摸蒙砂液, 纵其稳定性而言要比盐酸配比结构差15%性能, 其本身俱有爆炸物质特性, 干粉遇到有机物及油脂类结构，会自燃，并在一定PPM浓度中有爆炸的危险,蒙砂粉中的悬浮剂是有机物, 所以产品只能用双组份分开包装了. 硝酸胺属于一级危险品属特批专卖型, 它更是物流部门被严格禁止运输物品, 还望大家不用为好，一来节省点成本, 二来与危险品离的更远些！再则现在运管缉查官员罚款的权力可大的惊人…….