一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法
2023-10-04 11:16:24 1
一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法
【專利摘要】本發明提出一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法。所述的腐蝕液由氫氟酸、無機酸、陽離子表面活性劑和去離子水組成，其質量百分比為：氫氟酸佔10％～19％，無機酸佔35％～50％，陽離子表面活性劑佔4％～7％，去離子水佔24％～51％。本發明所述的腐蝕液通過降低液體表面張力，提高了對石英材料的浸潤性，起到減少腐蝕加工造成的表面缺陷的目的。本發明應用該腐蝕液的石英材料腐蝕方法，通過低濃度腐蝕液預蝕刻，避免沾汙及磨拋加工缺陷在後續的腐蝕加工過程中造成表面癤瘤缺陷；通過在較高溫度和濃度的腐蝕液中腐蝕加工，提高加工速度，同時減少不均勻腐蝕造成的表面褶皺、條紋等缺陷。
【專利說明】一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於硬脆材料精密加工領域，涉及一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法。
【背景技術】
[0002]石英材料具有顯著的硬脆性，常規的銑削等機械加工不適用於該種材料的精密加工。化學腐蝕加工是利用物質間的化學反應來實現結構加工的作用，如在玻璃表面通過腐蝕加工裝飾圖案或蒙砂等。化學腐蝕作用也應用於石英材料的加工，通過對石英材料進行局部的定向腐蝕，可形成特定的結構形式，應用於精密光學器件、IC晶片製造、儀器儀表等。光學、電子等行業的石英結構器件對材料加工的表面質量要求高，採用腐蝕方法加工後的表面需均勻一致，不允許有褶皺、凸稜、凹坑等缺陷。
[0003]在現有技術中，石英材料的腐蝕加工採用的腐蝕液通常是NH4HF2溶液或者HF溶液，對石英材料的浸潤性差，尤其當待加工表面存在指印等沾汙時，更易出現腐蝕缺陷。現有的腐蝕液和腐蝕方法在對石英材料進行腐蝕加工後存在的問題是，腐蝕後的表面易於出現癤瘤、褶皺、條紋等腐蝕不均勻的情況，從而影響石英結構及器件的性能，如光學均勻性、表面鍍膜質量等。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術不足，本發明的目的在於提供一種減少石英材料腐蝕加工後表面缺陷的腐蝕液和腐蝕方法。
[0005]本發明的技術解決方案是:
[0006]一種石英材料腐蝕液，其特徵在於:該腐蝕液包括氫氟酸、無機酸、陽離子表面活性劑和去離子水；所述腐蝕液中氫氟酸、無機酸、陽離子表面活性劑和去離子水的質量比為:10 ~19:35 ~50:4 ~7:24 ~51。
[0007]進一步地，所述無機酸包括鹽酸或硝酸。
[0008]進一步地，所述陽離子表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨、十六胺醋酸鹽、氯化三甲基十二烷基銨或其他在酸性溶液中穩定的陽離子表面活性劑。
[0009]進一步地，上述腐蝕液的pH小於4。
[0010]一種石英材料腐蝕方法，其特徵在於:該方法包括以下步驟:
[0011]I)按照氫氟酸、無機酸、陽離子表面活性劑和去離子水的質量比為:10~19:35~50:4~7:24~51配製腐蝕原液，並將腐蝕原液稀釋為15~30%體積濃度的腐蝕液；
[0012]2)將待腐蝕的石英材料投入15~30%體積濃度的腐蝕液中，靜置2分鐘~5分鐘，進行表面預蝕刻；
[0013]3)取出表面預蝕刻的石英材料，並清洗；
[0014]4)將步驟I)所述腐蝕原液加熱至40~50°C，保溫並靜置；
[0015]5)將石英材料投入上述加熱後的腐蝕原液中，進行腐蝕。[0016]進一步地，步驟5)中，將石英材料裝入夾具中進行腐蝕。
[0017]進一步地，步驟5)中，所述石英材料在腐蝕過程中與腐蝕原液相對運動，相對運動速率為5-30次/分鐘。這裡「次」是指單程運動一次。
[0018]進一步地，步驟5)中，腐蝕時間為30~60分鐘。
[0019]進一步地，步驟5)中用去離子水清洗加工後的石英材料並進行乾燥。
[0020]進一步地，所述的石英材料乾燥包括但不限於烘乾、甩幹或熱氮氣吹乾。
[0021 ] 本發明與現有技術相比的有益效果是:
[0022]I)所述的腐蝕液包含陽離子表面活性劑，通過其在界面上的吸附作用，可以降低腐蝕液表面張力和固液界面張力，提高腐蝕液在石英材料表面的浸潤性，增加對工件表面汙物的滲透能力，同時提高化學反應產物的擴散速度，有利於表面的均勻腐蝕加工。所述腐蝕液中的無機酸調節pH值，通過H3O+離子對石英溶解的催化作用提高腐蝕加工的效率。
[0023]2)所述的石英材料腐蝕方法採用低濃度腐蝕液預蝕刻，高濃度腐蝕液腐蝕加工的技術。預蝕刻發揮所述腐蝕液汙物滲透能力強的特點，去除石英材料表面的油脂等沾汙，同時去除掉磨拋機械加工造成的亞表面損傷層，避免沾汙及磨拋加工缺陷在後續的腐蝕加工過程中造成表面癤瘤及凹坑缺陷。腐蝕加工過程利用腐蝕液浸潤性高，反應產物擴散速度快的特點，在較高溫度和濃度的腐蝕液中進行，提高加工速度，同時減少不均勻腐蝕造成的褶皺、條紋等缺陷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明石英材料腐蝕 方法基本流程圖。
[0025]圖2是本發明實施例4中石英材料腐蝕過程圖。
[0026]圖3(1)是本發明應用實施例1所述腐蝕液腐蝕加工後的石英擺片表面顯微圖像。
[0027]圖3 (2)是本發明應用不含陽離子表面活性劑的腐蝕液腐蝕加工後的石英擺片表面顯微圖像。
【具體實施方式】
[0028]下面結合儀表中石英擺片結構的腐蝕加工對本發明做具體說明。
[0029]實施例1
[0030]本發明實施例提供了一種石英材料腐蝕液，該腐蝕液由氫氟酸、鹽酸、十六烷基三甲基溴化銨和去離子水混合組成；所述腐蝕液的質量百分比為:氫氟酸佔15%，鹽酸佔40%，十六烷基三甲基溴化銨佔6%，去離子水佔39%。
[0031]實施例2
[0032]本發明實施例提供了一種石英材料腐蝕液，該腐蝕液由氫氟酸、鹽酸、十六胺醋酸鹽和去離子水混合組成；所述腐蝕液的質量百分比為:氫氟酸佔10%，鹽酸佔50%，十六胺醋酸鹽佔4%，去離子水佔24%。
[0033]實施例3
[0034]本發明實施例提供了一種石英材料腐蝕液，該腐蝕液由氫氟酸、硝酸、氯化三甲基十二烷基銨和去離子水混合組成；所述腐蝕液的質量百分比為:氫氟酸佔19%，硝酸佔35%，氯化三甲基十二烷基銨佔7%，去離子水佔51%。[0035]實施例4
[0036]本發明石英材料腐蝕方法基本流程圖如圖1所示。
[0037]應用實施例1所述腐蝕液的石英擺片腐蝕加工方法，如圖2所示，包括以下步驟:
[0038]I)將氫氟酸、鹽酸、十六烷基三甲基溴化銨和去離子水按照氫氟酸15%，鹽酸40 %，十六烷基三甲基溴化銨6 %，去離子水39 %的質量比配製腐蝕原液，並將原液稀釋至20%體積濃度；
[0039]2)將待加工的石英擺片投入20%體積濃度的所述腐蝕液中，靜置5分鐘，進行表面預蝕刻；
[0040]3)取出工件，並迅速用去離子水清洗；
[0041]4)將所述腐蝕原液加熱至45°C，保溫並靜置；
[0042]5)將待加工的石英擺片工件裝入夾具投入步驟4)中的腐蝕原液中，腐蝕加工45分鐘,工件在腐蝕加工過程中上下擺動(15次/分鐘)；
[0043]6)將加工後的工件取出，並迅速用去離子水清洗。
[0044]7)對清洗後工件進行熱氮氣吹乾。
[0045]為了驗證本發明腐蝕液的實際效果，本發明還設立了對比例。
[0046]對比例中所用腐蝕液不含有陽離子表面活性劑，按照氫氟酸15%，鹽酸40%，去離子水45 %的質量百分`比配製。
[0047]對比例的腐蝕加工方法與本實施例完全相同。
[0048]腐蝕加工結果見圖3 (I)、(2)，圖3 (I)、(2)均為在10倍顯微鏡下拍攝，拍攝區域尺寸為7mmX5mm時的拍攝結果。
[0049]應用實施例1所述腐蝕液腐蝕加工後的石英擺片表面顯微圖像如圖3 (I)所示，該石英擺片表面光滑、均勻；應用不含陽離子表面活性劑的腐蝕液腐蝕加工後的石英擺片表面顯微圖像如圖3 (2)所示，該石英擺片表面有明顯的癤瘤、褶皺。
[0050]實施例5
[0051]應用實施例2所述腐蝕液的石英擺片腐蝕加工方法，包括以下步驟:
[0052]I)將氫氟酸、鹽酸、十六胺醋酸鹽和去離子水按照氫氟酸10%，鹽酸50%，十六胺醋酸鹽4%，去離子水24%的質量比配製腐蝕原液，並將原液稀釋至15%體積濃度；
[0053]2)將待加工的石英擺片投入15%體積濃度的腐蝕液中，靜置3分鐘，進行表面預蝕刻；
[0054]3)取出工件，並迅速用去離子水清洗；
[0055]4)將所述腐蝕原液加熱至50°C，保溫並靜置；
[0056]5)將待加工的石英擺片工件裝入夾具投入步驟4)中的腐蝕原液中，進行腐蝕加工30分鐘，工件在腐蝕加工過程中上下擺動(30次/分鐘)；
[0057]6)將加工後的工件取出，並迅速用去離子水清洗。
[0058]7)將清洗後工件烘乾。
[0059]實施例6
[0060]應用實施例3所述腐蝕液的石英擺片腐蝕加工方法，包括以下步驟:
[0061]I)將氫氟酸、鹽酸、氯化三甲基十二烷基銨和去離子水按照氫氟酸19%，硝酸35 %，氯化三甲基十二烷基銨7 %，去離子水51 %的質量比配製腐蝕原液，並稀釋至30 %體積濃度；
[0062] 2)將待加工的石英擺片投入30%體積濃度的腐蝕液中，靜置2分鐘，進行表面預蝕刻；
[0063]3)取出工件，並迅速用去離子水清洗；
[0064]4)將所述腐蝕原液加熱至40°C，保溫並靜置；
[0065]5)將待加工的石英擺片工件裝入夾具投入步驟4)中的腐蝕原液中，腐蝕加工60分鐘,工件在腐蝕加工過程中上下擺動(5次/分鐘)；
[0066]6)將加工後的工件取出，並迅速用去離子水清洗。
[0067]7)對清洗後工件進行熱氮氣吹乾。
【權利要求】
1.一種石英材料腐蝕液，其特徵在於:該腐蝕液包括氫氟酸、無機酸、陽離子表面活性劑和去離子水；所述腐蝕液中氫氟酸、無機酸、陽離子表面活性劑和去離子水的質量比為:10 ~19:35 ~50:4 ~7:24 ~51。
2.如權利要求1所述的腐蝕液，其特徵在於:所述腐蝕液的pH小於4。
3.如權利要求1所述的腐蝕液，其特徵在於:所述無機酸包括鹽酸或硝酸。
4.如權利要求1所述的腐蝕液，其特徵在於:所述陽離子表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨、十六胺醋酸鹽、氯化三甲基十二烷基銨。
5.一種石英材料腐蝕方法，其特徵在於:該方法包括以下步驟: 1)按照氫氟酸、無機酸、陽離子表面活性劑和去離子水的質量比為:10~19:35~50:4~7:24~51配製腐蝕原液，並將腐蝕原液稀釋為15~30%體積濃度的腐蝕液； 2)將待腐蝕的石英材料投入15~30%體積濃度的腐蝕液中，靜置2分鐘~5分鐘，進行表面預蝕刻； 3)取出表面預蝕刻的石英材料，並清洗； 4)將步驟I)所述腐蝕原液加熱至40~50°C，保溫並靜置； 5)將石英材料投入上述加熱後的腐蝕原液中,進行腐蝕。
6.如權利要求5所述的腐蝕方法，其特徵在於:步驟5)中，將石英材料裝入夾具中進行腐蝕。
7.如權利要求5所述的腐蝕方法，其特徵在於:步驟5)中，所述石英材料在腐蝕過程中與腐蝕原液相對運動，相對運動速率為5-30次/分鐘。
8.如權利要求5所述的腐蝕方法，其特徵在於:步驟5)中，腐蝕時間為30~60分鐘。
9.如權利要求5所述的腐蝕方法，其特徵在於:步驟5)中用去離子水清洗腐蝕後的石英材料並進行乾燥。
10.如權利要求9所述的腐蝕方法，其特徵在於:所述的石英材料的乾燥包括烘乾、甩幹或熱氮氣吹乾。
【文檔編號】C03C15/00GK103553350SQ201310488507
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】秦淑斌, 袁楓, 張蘭, 劉 英, 周峰, 魏超 申請人:航天科工慣性技術有限公司