蝕刻溶液的組成和溫度對(duì)腐蝕速率的影響

我們?nèi)A林科納研究探索了一種新的濕法腐蝕方法和減薄厚度在100 μm以下玻璃的解決方案，為了用低氫氟酸制備蝕刻溶液，使用NH4F或nh4hf 2作為主要成分并加入硫酸或硝酸是有效的，研究了混合酸溶液的組成和溫度對(duì)腐蝕速率的影響，陰離子表面活性劑的加入提供了防止由蝕刻反應(yīng)產(chǎn)生的淤渣粘附的功能，一種新的配備有流動(dòng)發(fā)生部件的濕法蝕刻試驗(yàn)裝置被用于測(cè)試商用無堿玻璃和鈉鈣玻璃的蝕刻，通過使用中試裝置，將厚度為640μm的無堿玻璃和厚度為500 μm的鈉鈣玻璃分別蝕刻至45 μm和100 μm，在通過中試裝置進(jìn)行蝕刻之后，玻璃表面的粗糙度保持在0.01～0.02 μm，本研究為大幅度降低氫氟酸的濃度，制備了加入NH4F、NH4HF2等含氟化合物及硫酸、硝酸等的混酸溶液，與現(xiàn)有氫氟酸基蝕刻溶液相比，不僅探討了蝕刻速度，還探討了蝕刻后的擬玻璃外觀狀態(tài)、表面照度等。作為將大型玻璃薄板化到100μm以下的新系統(tǒng)，制作了淤積水流方式的導(dǎo)風(fēng)裝置，并對(duì)其性能進(jìn)行了探討。

燒杯實(shí)驗(yàn)采用40×50mm尺寸切割LCD用無堿玻璃，以簡(jiǎn)單沉積方式探討了蝕刻溶液的組成及溫度的影響，將制備的昵稱溶液200 mL裝入塑料材質(zhì)的燒杯中，將玻璃沉積于裝有蝕刻溶液的燒杯中，蝕刻10~20分鐘，實(shí)驗(yàn)中，為了去除玻璃表面的污泥，每隔2~3分鐘搖晃玻璃。

為了保持恒溫，把燒杯放在恒溫箱里做了實(shí)驗(yàn)，蝕刻一段時(shí)間后，將玻璃從燒杯中取出，用蒸餾水清洗，并擦拭玻璃表面不留污漬，用肉眼檢測(cè)了蝕刻后玻璃表面的波浪、劃痕、英尺、污漬等，使用表面照度儀測(cè)量表面照度，另一方面，為了防止蝕刻中產(chǎn)生的污泥附著在玻璃表面的現(xiàn)象，探討了陰離子系表面活性劑的添加效果，通過燒杯實(shí)驗(yàn)，確定蝕刻溶液的組成，然后使用可處理玻璃而制作的導(dǎo)聯(lián)設(shè)備（圖1）。

在圖2中給出了說明，將含氟化合物濃度控制在10~25wt%范圍，探討了濃度的影響，將40×50mm大小切割的無堿玻璃在20℃、200 mL的蝕刻溶液中簡(jiǎn)單沉積,HF的蝕刻時(shí)間為10分鐘,NH4F和NH4HF2的蝕刻時(shí)間為20分鐘。圖 2是平均蝕刻速率的結(jié)果，表明單獨(dú)使用NH4F和NH4HF2的情況下，即使將濃度提高到25 wt%，蝕刻速率也小于1μm/min，蝕刻效果非常微弱，HF的濃度越高，蝕刻速度越快，但如果蝕刻速度過快，蝕刻后玻璃表面會(huì)出現(xiàn)波紋、污漬及厚度偏差等問題。

由此可見，含有HF的溶液特別是隨溫度升高的蝕刻速率變化非常大，這意味著即使是微小的溫度變化，蝕刻速率也會(huì)有很大的變化，控制起來非常困難；另一方面，對(duì)于NH4F來說，添加硫酸或硝酸并沒有顯著增加蝕刻速率，溫度的影響也微乎其微，NH4HF2硫酸或硝酸的添加效果較高，溫度的影響也在較易控制的范圍內(nèi)，被飼料為最有用的替代HF的成分。

對(duì)于NH4F和NH4HF2來說，這種情況下表面殘留污泥，形成污漬的傾向很強(qiáng)，而對(duì)于HF，濃度的增加不僅會(huì)導(dǎo)致蝕刻速度過快，難以控制，而且還會(huì)導(dǎo)致玻璃表面出現(xiàn)波紋，平滑度變差；另一方面，(b)溶液和(c)溶液的蝕刻速度相差2倍左右，(d)溶液是通過在(c)溶液中加入少量HF，將蝕刻速率調(diào)整為類似于(b)溶液的溶液，在這種情況下，HF和NH4HF2的缺點(diǎn)互補(bǔ)，得到了蝕刻后的玻璃表面狀態(tài)良好的結(jié)果。圖中顯示的蝕刻后玻璃的外觀代表了一個(gè)典型的例子，不同的蝕刻方法（設(shè)備）會(huì)有所差異。

除了這種可視化確認(rèn)的問題，玻璃表面照度的變化還會(huì)導(dǎo)致透明度等方面的差異，對(duì)有代表性的蝕刻成分進(jìn)行了蝕刻后玻璃表面照度的變化分析，結(jié)果實(shí)驗(yàn)過程的圖中已給出，對(duì)于HF溶液，可以看出雖然蝕刻速度快，但表面照度與蝕刻前相比變得非常粗糙，與平均照度相比，蝕刻前玻璃為0.01μm，而用HF溶液蝕刻后，照度約為0.03-0.05μm，提高了3-5倍左右，對(duì)于NH4HF2溶液，蝕刻速度較慢，但蝕刻引起的表面照度變化幾乎沒有，在NH4HF2中添加HF少于5wt%，使其具有與HF溶液相似的蝕刻速度，即使蝕刻前和后的表面照度也幾乎沒有變化。

根據(jù)NH4HF2和H2SO4中添加0.1 wt%陰離子系表面活性劑的混酸溶液中加入少量HF(小于5 wt%)的蝕刻溶液，利用中試設(shè)備進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以通過燒杯實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果為基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)使用了以沉積水流方式設(shè)計(jì)的先導(dǎo)設(shè)備，將玻璃浸入蝕刻溶液后，通過設(shè)置在下部和兩側(cè)的噴嘴產(chǎn)生水流，旨在最大限度地減少玻璃位置上的厚度偏差，格拉斯使用了150× 100毫米大小的無堿玻璃、370 × 470毫米大小的純堿玻璃兩種，反應(yīng)溫度為20℃，由于HF的加入，調(diào)整后的蝕刻速率保持在20℃左右，無堿玻璃約為6.0 μm/min，純堿玻璃約為7.0 μm/min，蝕刻前640μm厚的無堿玻璃，在試驗(yàn)設(shè)備中可以蝕刻約100分鐘，以45米厚薄板，在純堿玻璃中，500μm厚的玻璃可以蝕刻約60 min，以100μm厚薄板，可以看出如果用100米以下的厚度進(jìn)行薄板化，玻璃的柔韌性會(huì)增加。

1)含氟化合物(HF、NH4F、NH4HF2)單組分情況下，HF的GLAS刻蝕速度較快，但刻蝕后GLAS表面狀態(tài)存在很多問題，NH4F和NH4HF2的刻蝕速度非常慢。

2)氟化化合物中添加硫酸或硝酸提高了蝕刻速度，特別是NH4HF2中添加硫酸的情況下，蝕刻速度大大提高，蝕刻后的玻璃表面狀態(tài)也相對(duì)良好。

3)在蝕刻溶液中加入少量陰離子系表面活性劑，可防止蝕刻反應(yīng)過程中產(chǎn)生的沉淀物附著在玻璃表面產(chǎn)生的污漬等問題，并能保持非常干凈的表面狀態(tài)。

4)使用沉積水流方式的先導(dǎo)裝置，640μm(150× 100)μm)厚的無堿玻璃和500米(370× 470 μm)厚的純堿玻璃，分別可以薄判為45μm和100μm以下的厚度。

審核編輯：湯梓紅