蝕刻溶液的組成和溫度對腐蝕速率的影響

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發(fā)生部件的濕法蝕刻試驗裝置被用于測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風裝置，并對其性能進行了探討。

燒杯實驗采用40×50mm尺寸切割LCD用無堿玻璃，以簡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，實驗中，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驗，蝕刻一段時間后，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，通過燒杯實驗，確定蝕刻溶液的組成，然后使用可處理玻璃而制作的導聯(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的蝕刻溶液中簡單沉積,HF的蝕刻時間為10分鐘,NH4F和NH4HF2的蝕刻時間為20分鐘。圖 2是平均蝕刻速率的結(jié)果，表明單獨使用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，蝕刻速率也會有很大的變化，控制起來非常困難；另一方面，對于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，而對于HF，濃度的增加不僅會導致蝕刻速度過快，難以控制，而且還會導致玻璃表面出現(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的缺點互補，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典型的例子，不同的蝕刻方法（設(shè)備）會有所差異。

除了這種可視化確認的問題，玻璃表面照度的變化還會導致透明度等方面的差異，對有代表性的蝕刻成分進行了蝕刻后玻璃表面照度的變化分析，結(jié)果實驗過程的圖中已給出，對于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)備進行了實驗，以通過燒杯實驗得到的結(jié)果為基礎(chǔ)，本實驗使用了以沉積水流方式設(shè)計的先導設(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米以下的厚度進行薄板化，玻璃的柔韌性會增加。

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