一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法
【專利摘要】本發(fā)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(wú)機(jī)酸、陽(yáng)離子表面活性劑和去離子水組成，其質(zhì)量百分比為：氫氟酸占10％～19％，無(wú)機(jī)酸占35％～50％，陽(yáng)離子表面活性劑占4％～7％，去離子水占24％～51％。本發(fā)明所述的腐蝕液通過(guò)降低液體表面張力，提高了對(duì)石英材料的浸潤(rùn)性，起到減少腐蝕加工造成的表面缺陷的目的。本發(fā)明應(yīng)用該腐蝕液的石英材料腐蝕方法，通過(guò)低濃度腐蝕液預(yù)蝕刻，避免沾污及磨拋加工缺陷在后續(xù)的腐蝕加工過(guò)程中造成表面癤瘤缺陷；通過(guò)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(shí)減少不均勻腐蝕造成的表面褶皺、條紋等缺陷。
【專利說(shuō)明】一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于硬脆材料精密加工領(lǐng)域，涉及一種石英材料腐蝕液和腐蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石英材料具有顯著的硬脆性，常規(guī)的銑削等機(jī)械加工不適用于該種材料的精密加工?；瘜W(xué)腐蝕加工是利用物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加工的作用，如在玻璃表面通過(guò)腐蝕加工裝飾圖案或蒙砂等?；瘜W(xué)腐蝕作用也應(yīng)用于石英材料的加工，通過(guò)對(duì)石英材料進(jìn)行局部的定向腐蝕，可形成特定的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用于精密光學(xué)器件、IC芯片制造、儀器儀表等。光學(xué)、電子等行業(yè)的石英結(jié)構(gòu)器件對(duì)材料加工的表面質(zhì)量要求高，采用腐蝕方法加工后的表面需均勻一致，不允許有褶皺、凸棱、凹坑等缺陷。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，石英材料的腐蝕加工采用的腐蝕液通常是NH4HF2溶液或者HF溶液，對(duì)石英材料的浸潤(rùn)性差，尤其當(dāng)待加工表面存在指印等沾污時(shí)，更易出現(xiàn)腐蝕缺陷?，F(xiàn)有的腐蝕液和腐蝕方法在對(duì)石英材料進(jìn)行腐蝕加工后存在的問(wèn)題是，腐蝕后的表面易于出現(xiàn)癤瘤、褶皺、條紋等腐蝕不均勻的情況，從而影響石英結(jié)構(gòu)及器件的性能，如光學(xué)均勻性、表面鍍膜質(zhì)量等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明的目的在于提供一種減少石英材料腐蝕加工后表面缺陷的腐蝕液和腐蝕方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]一種石英材料腐蝕液，其特征在于:該腐蝕液包括氫氟酸、無(wú)機(jī)酸、陽(yáng)離子表面活性劑和去離子水；所述腐蝕液中氫氟酸、無(wú)機(jī)酸、陽(yáng)離子表面活性劑和去離子水的質(zhì)量比為:10 ~19:35 ~50:4 ~7:24 ~51。
[0007]進(jìn)一步地，所述無(wú)機(jī)酸包括鹽酸或硝酸。
[0008]進(jìn)一步地，所述陽(yáng)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(wěn)定的陽(yáng)離子表面活性劑。
[0009]進(jìn)一步地，上述腐蝕液的pH小于4。
[0010]一種石英材料腐蝕方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:
[0011]I)按照氫氟酸、無(wú)機(jī)酸、陽(yáng)離子表面活性劑和去離子水的質(zhì)量比為:10~19:35~50:4~7:24~51配制腐蝕原液，并將腐蝕原液稀釋為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(jìn)行表面預(yù)蝕刻；
[0013]3)取出表面預(yù)蝕刻的石英材料，并清洗；
[0014]4)將步驟I)所述腐蝕原液加熱至40~50°C，保溫并靜置；
[0015]5)將石英材料投入上述加熱后的腐蝕原液中，進(jìn)行腐蝕。[0016]進(jìn)一步地，步驟5)中，將石英材料裝入夾具中進(jìn)行腐蝕。
[0017]進(jìn)一步地，步驟5)中，所述石英材料在腐蝕過(guò)程中與腐蝕原液相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率為5-30次/分鐘。這里“次”是指單程運(yùn)動(dòng)一次。
[0018]進(jìn)一步地，步驟5)中，腐蝕時(shí)間為30~60分鐘。
[0019]進(jìn)一步地，步驟5)中用去離子水清洗加工后的石英材料并進(jìn)行干燥。
[0020]進(jìn)一步地，所述的石英材料干燥包括但不限于烘干、甩干或熱氮?dú)獯蹈伞?br> [0021 ] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0022]I)所述的腐蝕液包含陽(yáng)離子表面活性劑，通過(guò)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(rùn)性，增加對(duì)工件表面污物的滲透能力，同時(shí)提高化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散速度，有利于表面的均勻腐蝕加工。所述腐蝕液中的無(wú)機(jī)酸調(diào)節(jié)pH值，通過(guò)H3O+離子對(duì)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采用低濃度腐蝕液預(yù)蝕刻，高濃度腐蝕液腐蝕加工的技術(shù)。預(yù)蝕刻發(fā)揮所述腐蝕液污物滲透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，去除石英材料表面的油脂等沾污，同時(shí)去除掉磨拋機(jī)械加工造成的亞表面損傷層，避免沾污及磨拋加工缺陷在后續(xù)的腐蝕加工過(guò)程中造成表面癤瘤及凹坑缺陷。腐蝕加工過(guò)程利用腐蝕液浸潤(rùn)性高，反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散速度快的特點(diǎn)，在較高溫度和濃度的腐蝕液中進(jìn)行，提高加工速度，同時(shí)減少不均勻腐蝕造成的褶皺、條紋等缺陷。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明石英材料腐蝕 方法基本流程圖。
[0025]圖2是本發(fā)明實(shí)施例4中石英材料腐蝕過(guò)程圖。
[0026]圖3(1)是本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例1所述腐蝕液腐蝕加工后的石英擺片表面顯微圖像。
[0027]圖3 (2)是本發(fā)明應(yīng)用不含陽(yáng)離子表面活性劑的腐蝕液腐蝕加工后的石英擺片表面顯微圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合儀表中石英擺片結(jié)構(gòu)的腐蝕加工對(duì)本發(fā)明做具體說(shuō)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]本發(fā)明實(shí)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(zhì)量百分比為:氫氟酸占15%，鹽酸占40%，十六烷基三甲基溴化銨占6%，去離子水占39%。
[0031]實(shí)施例2
[0032]本發(fā)明實(shí)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(zhì)量百分比為:氫氟酸占10%，鹽酸占50%，十六胺醋酸鹽占4%，去離子水占24%。
[0033]實(shí)施例3
[0034]本發(fā)明實(shí)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(zhì)量百分比為:氫氟酸占19%，硝酸占35%，氯化三甲基十二烷基銨占7%，去離子水占51%。[0035]實(shí)施例4
[0036]本發(fā)明石英材料腐蝕方法基本流程圖如圖1所示。
[0037]應(yīng)用實(shí)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(zhì)量比配制腐蝕原液，并將原液稀釋至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(jìn)行表面預(yù)蝕刻；
[0040]3)取出工件，并迅速用去離子水清洗；
[0041]4)將所述腐蝕原液加熱至45°C，保溫并靜置；
[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(guò)程中上下擺動(dòng)(15次/分鐘)；
[0043]6)將加工后的工件取出，并迅速用去離子水清洗。
[0044]7)對(duì)清洗后工件進(jìn)行熱氮?dú)獯蹈伞?br> [0045]為了驗(yàn)證本發(fā)明腐蝕液的實(shí)際效果，本發(fā)明還設(shè)立了對(duì)比例。
[0046]對(duì)比例中所用腐蝕液不含有陽(yáng)離子表面活性劑，按照氫氟酸15%，鹽酸40%，去離子水45 %的質(zhì)量百分`比配制。
[0047]對(duì)比例的腐蝕加工方法與本實(shí)施例完全相同。
[0048]腐蝕加工結(jié)果見(jiàn)圖3 (I)、(2)，圖3 (I)、(2)均為在10倍顯微鏡下拍攝，拍攝區(qū)域尺寸為7mmX5mm時(shí)的拍攝結(jié)果。
[0049]應(yīng)用實(shí)施例1所述腐蝕液腐蝕加工后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(yīng)用不含陽(yáng)離子表面活性劑的腐蝕液腐蝕加工后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(shí)施例5
[0051]應(yīng)用實(shí)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(zhì)量比配制腐蝕原液，并將原液稀釋至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(jìn)行表面預(yù)蝕刻；
[0054]3)取出工件，并迅速用去離子水清洗；
[0055]4)將所述腐蝕原液加熱至50°C，保溫并靜置；
[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(jìn)行腐蝕加工30分鐘，工件在腐蝕加工過(guò)程中上下擺動(dòng)(30次/分鐘)；
[0057]6)將加工后的工件取出，并迅速用去離子水清洗。
[0058]7)將清洗后工件烘干。
[0059]實(shí)施例6
[0060]應(yīng)用實(shí)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(zhì)量比配制腐蝕原液，并稀釋至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(jìn)行表面預(yù)蝕刻；
[0063]3)取出工件，并迅速用去離子水清洗；
[0064]4)將所述腐蝕原液加熱至40°C，保溫并靜置；
[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(guò)程中上下擺動(dòng)(5次/分鐘)；
[0066]6)將加工后的工件取出，并迅速用去離子水清洗。
[0067]7)對(duì)清洗后工件進(jìn)行熱氮?dú)獯蹈伞?br> 【權(quán)利要求】
1.一種石英材料腐蝕液，其特征在于:該腐蝕液包括氫氟酸、無(wú)機(jī)酸、陽(yáng)離子表面活性劑和去離子水；所述腐蝕液中氫氟酸、無(wú)機(jī)酸、陽(yáng)離子表面活性劑和去離子水的質(zhì)量比為:10 ~19:35 ~50:4 ~7:24 ~51。
2.如權(quán)利要求1所述的腐蝕液，其特征在于:所述腐蝕液的pH小于4。
3.如權(quán)利要求1所述的腐蝕液，其特征在于:所述無(wú)機(jī)酸包括鹽酸或硝酸。
4.如權(quán)利要求1所述的腐蝕液，其特征在于:所述陽(yáng)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，其特征在于:該方法包括以下步驟: 1)按照氫氟酸、無(wú)機(jī)酸、陽(yáng)離子表面活性劑和去離子水的質(zhì)量比為:10~19:35~50:4~7:24~51配制腐蝕原液，并將腐蝕原液稀釋為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(jìn)行表面預(yù)蝕刻； 3)取出表面預(yù)蝕刻的石英材料，并清洗； 4)將步驟I)所述腐蝕原液加熱至40~50°C，保溫并靜置； 5)將石英材料投入上述加熱后的腐蝕原液中,進(jìn)行腐蝕。
6.如權(quán)利要求5所述的腐蝕方法，其特征在于:步驟5)中，將石英材料裝入夾具中進(jìn)行腐蝕。
7.如權(quán)利要求5所述的腐蝕方法，其特征在于:步驟5)中，所述石英材料在腐蝕過(guò)程中與腐蝕原液相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率為5-30次/分鐘。
8.如權(quán)利要求5所述的腐蝕方法，其特征在于:步驟5)中，腐蝕時(shí)間為30~60分鐘。
9.如權(quán)利要求5所述的腐蝕方法，其特征在于:步驟5)中用去離子水清洗腐蝕后的石英材料并進(jìn)行干燥。
10.如權(quán)利要求9所述的腐蝕方法，其特征在于:所述的石英材料的干燥包括烘干、甩干或熱氮?dú)獯蹈伞?br> 【文檔編號(hào)】C03C15/00GK103553350SQ201310488507
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】秦淑斌, 袁楓, 張?zhí)m, 劉 英, 周峰, 魏超 申請(qǐng)人:航天科工慣性技術(shù)有限公司