高硼、高鋁玻璃蝕刻機理及性能

馬 蘭

（比亞迪精密制造有限公司，廣東深圳 518116）

玻璃蝕刻技術歷史悠久，其相關產(chǎn)品被廣泛應用在建筑裝飾、玻璃工件及儀表器件。近年來，玻璃后蓋因其對通信信號無阻礙、可裝飾性強、手感好及觸摸后無手汗痕跡等優(yōu)點，逐漸成為手機行業(yè)的潮流趨勢。與此同時，玻璃蝕刻的相關研究仍主要集中在較為低端的鈉鈣玻璃方面，缺乏對具有優(yōu)異韌性與強度的高硼、高鋁玻璃蝕刻的系統(tǒng)研究，難以實現(xiàn)對蝕刻后玻璃宏觀性質(zhì)的調(diào)控。除此以外，現(xiàn)有的玻璃蝕刻工藝大多直接采用氫氟酸，極易對環(huán)境及工人安全造成較大危害；同時，外發(fā)成本高且良率較低也限制了玻璃蝕刻技術在手機背蓋等行業(yè)的應用。

本項目通過對高硼、高鋁玻璃蝕刻的機理分析，制定配方，確定關鍵參數(shù)，優(yōu)化工藝流程，從而實現(xiàn)對蝕刻后玻璃的性質(zhì)的調(diào)控，降低對環(huán)境及人身安全的危害，實現(xiàn)低成本和高良率。通過對關鍵參數(shù)的調(diào)控，成功實現(xiàn)效果明顯的漸變蝕刻。

1 原理

在化學拋光過程中，氫氟酸破壞玻璃表面原有氧化層，同時生成新的平整光潔的硅氧膜，使得玻璃獲得較高的透過率及光潔的表面。而在蒙砂過程中，蝕刻液與玻璃中的鉀、鈉、鈣、鋇等生成難溶的氟化物及氟硅酸鹽。這些難溶物能以結(jié)晶態(tài)緊密黏附在玻璃表面，阻礙氫氟酸與玻璃接觸反應；而未被難溶鹽覆蓋的玻璃則繼續(xù)被侵蝕，因而可以得到凹凸不平、粗糙無光澤的玻璃表面。蒙砂后的玻璃的表面性質(zhì)主要取決于反應生成的鹽類性質(zhì)、溶解度大小、結(jié)晶的大小及是否易被除去，玻璃蝕刻原理見圖1。

圖1 玻璃蝕刻原理圖

2 工藝參數(shù)及制備方法

2.1 玻璃蝕刻工藝流程及參數(shù)

2.1.1 玻璃蝕刻工藝流程

玻璃蝕刻工藝流程見圖2。

圖2 玻璃蝕刻工藝流程

2.1.2 玻璃蝕刻工藝參數(shù)

通過改變蝕刻時間及蝕刻液濃度，探究最優(yōu)漸變蝕刻工藝參數(shù)，以達到均勻、參數(shù)可控的漸變蝕刻玻璃。

2.1.2.1 蝕刻時間

通過控制蝕刻時間，分別測試粗糙度Ra及霧度H，以得到關鍵參數(shù)與蝕刻時間的曲線。

如圖3所示，當蝕刻時間大于60s 后，粗糙度Ra趨于平緩，不再隨蝕刻時間增加而明顯變化。

圖3 粗糙度與蝕刻時間關系

如圖4所示，雖有突變，但霧度近似隨蝕刻時間線性增加。

圖4 霧度與蝕刻時間關系

2.1.2.2 蝕刻液濃度

通過調(diào)節(jié)蝕刻液濃度，分別測試粗糙度Ra 及霧度H，發(fā)現(xiàn)當蝕刻液濃度為25:10時效果較佳；當濃度較低時，霧度及粗糙度較高，但可控性較差；當濃度較高時，霧度及粗糙度較低，但不易在玻璃上均勻平鋪，難以形成均勻液膜，易產(chǎn)生蝕刻不均。

2.1.3 小結(jié)

從表1看出，可通過控制蝕刻液濃度、蝕刻時間及拋光時間來控制成品參數(shù)，現(xiàn)可實現(xiàn)霧度15%～90%，透過率大于89%，光澤度5～70，粗糙度0.15～0.5的均勻蝕刻玻璃。

表1 現(xiàn)可實現(xiàn)均勻蝕刻的關鍵參數(shù)

玻璃蝕刻效果圖見圖5。

圖5 玻璃蝕刻效果圖

2.2 漸變蝕刻工藝流程及參數(shù)

2.2.1 漸變蝕刻工藝流程

2.2.1.1 來料全檢

重點檢查來料是否有白點、溢油、臟污等。

2.2.1.2 超聲清洗對來料全檢后的玻璃進行超聲清洗，去除轉(zhuǎn)運過程中形成的表面臟污。

2.1.2.3 漸變蝕刻

對清洗后玻璃進行漸變蒙砂，之后進行清洗，烘干，確保無蒙砂液殘留。

2.1.2.4 退鍍清洗吹干

對處理后玻璃進行退鍍、清洗、吹干，工藝流程見圖6。

圖6 漸變蝕刻工藝流程

2.2.2 漸變蝕刻工藝參數(shù)

通過改變蝕刻時間及蝕刻液濃度，探究最優(yōu)漸變蝕刻工藝參數(shù)，以達到均勻、漸變自然、霧度差異明顯的漸變蝕刻玻璃。

2.2.2.1 蝕刻時間

通過控制漸變蝕刻過程中玻璃下降程序來控制蝕刻時間，分別觀察不同蝕刻時間下漸變效果。

實驗用玻璃長度為160mm，設計下降程序，使玻璃入水到完全浸沒時間（實際蝕刻時間）分別等于300s，600s，900s。

當實際蝕刻時間為300s 時，肉眼下漸變效果不明顯，兩端霧度差僅為30。

當實際蝕刻時間為600s 時，肉眼下漸變效果明顯，形成霧度從12.5到85的均勻漸變。

當實際蝕刻時間為900s 時，漸變效果明顯，但出現(xiàn)大量白點、流痕、橫紋等不良（見圖7）。

圖7 漸變不良示意圖

2.2.2.2 蝕刻液濃度

在相同的蝕刻時間及下降程序情況下，改變蝕刻液濃度，分別測試霧度較高端及較低端的霧度等參數(shù)（見表2）。

表2 不同濃度時的霧度差、減薄量及粗糙度差異

綜合考慮漸變效果（霧度差）、減薄量及粗糙度差異，蝕刻液濃度為1 ∶3為最優(yōu)濃度。

2.2.3 小結(jié)

經(jīng)最優(yōu)工藝參數(shù)處理后，可形成暗端霧度從60%～90%，明端霧度5%～10%的均勻明顯漸變（圖8），且粗糙度隨霧度近似線性變化，厚度隨霧度近似對數(shù)變化（見圖9～圖10）。形成的漸變效果最明顯，無流痕，漸變過渡均勻視覺效果最好。

圖5 漸變蝕刻玻璃

圖9 最優(yōu)工藝下粗糙度與霧度關系

圖10 最優(yōu)工藝下厚度與霧度關系

3 結(jié)語

針對玻璃蝕刻項目，以生成參數(shù)可控的均勻蝕刻玻璃及漸變蝕刻玻璃為目標，對玻璃蝕刻及漸變蝕刻技術及工藝進行了系統(tǒng)性的分析與研究。實驗結(jié)果表明，對均勻蝕刻技術而言，可通過控制蝕刻液濃度、蝕刻時間及拋光時間來控制成品參數(shù)，現(xiàn)可實現(xiàn)霧度15%～90%，透過率大于89%，光澤度5～70，粗糙度0.15～0.5的均勻蝕刻玻璃。對漸變蝕刻而言，經(jīng)最優(yōu)工藝參數(shù)處理后，可暗端霧度從60%～90%，明端霧度5%～10%的均勻明顯漸變。