CN103553350A - 一种石英材料腐蚀液和腐蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种石英材料腐蚀液和腐蚀方法。所述的腐蚀液由氢氟酸、无机酸、阳离子表面活性剂和去离子水组成，其质量百分比为：氢氟酸占10％～19％，无机酸占35％～50％，阳离子表面活性剂占4％～7％，去离子水占24％～51％。本发明所述的腐蚀液通过降低液体表面张力，提高了对石英材料的浸润性，起到减少腐蚀加工造成的表面缺陷的目的。本发明应用该腐蚀液的石英材料腐蚀方法，通过低浓度腐蚀液预蚀刻，避免沾污及磨抛加工缺陷在后续的腐蚀加工过程中造成表面疖瘤缺陷；通过在较高温度和浓度的腐蚀液中腐蚀加工，提高加工速度，同时减少不均匀腐蚀造成的表面褶皱、条纹等缺陷。

Description

一种石英材料腐蚀液和腐蚀方法
技术领域
本发明属于硬脆材料精密加工领域，涉及一种石英材料腐蚀液和腐蚀方法。
背景技术
石英材料具有显著的硬脆性，常规的铣削等机械加工不适用于该种材料的精密加工。化学腐蚀加工是利用物质间的化学反应来实现结构加工的作用，如在玻璃表面通过腐蚀加工装饰图案或蒙砂等。化学腐蚀作用也应用于石英材料的加工，通过对石英材料进行局部的定向腐蚀，可形成特定的结构形式，应用于精密光学器件、IC芯片制造、仪器仪表等。光学、电子等行业的石英结构器件对材料加工的表面质量要求高，采用腐蚀方法加工后的表面需均匀一致，不允许有褶皱、凸棱、凹坑等缺陷。
在现有技术中，石英材料的腐蚀加工采用的腐蚀液通常是NH4HF2溶液或者HF溶液，对石英材料的浸润性差，尤其当待加工表面存在指印等沾污时，更易出现腐蚀缺陷。现有的腐蚀液和腐蚀方法在对石英材料进行腐蚀加工后存在的问题是，腐蚀后的表面易于出现疖瘤、褶皱、条纹等腐蚀不均匀的情况，从而影响石英结构及器件的性能，如光学均匀性、表面镀膜质量等。
发明内容
为了克服现有技术不足，本发明的目的在于提供一种减少石英材料腐蚀加工后表面缺陷的腐蚀液和腐蚀方法。
本发明的技术解决方案是：
一种石英材料腐蚀液，其特征在于：该腐蚀液包括氢氟酸、无机酸、阳离子表面活性剂和去离子水；所述腐蚀液中氢氟酸、无机酸、阳离子表面活性剂和去离子水的质量比为：10～19：35～50：4～7：24～51。
进一步地，所述无机酸包括盐酸或硝酸。
进一步地，所述阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六胺醋酸盐、氯化三甲基十二烷基铵或其他在酸性溶液中稳定的阳离子表面活性剂。
进一步地，上述腐蚀液的pH小于4。
一种石英材料腐蚀方法，其特征在于:该方法包括以下步骤：
1)按照氢氟酸、无机酸、阳离子表面活性剂和去离子水的质量比为：10～19：35～50：4～7：24～51配制腐蚀原液，并将腐蚀原液稀释为15～30％体积浓度的腐蚀液；
2)将待腐蚀的石英材料投入15～30％体积浓度的腐蚀液中，静置2分钟～5分钟，进行表面预蚀刻；
3)取出表面预蚀刻的石英材料，并清洗；
4)将步骤1）所述腐蚀原液加热至40～50℃，保温并静置；
5)将石英材料投入上述加热后的腐蚀原液中，进行腐蚀。
进一步地，步骤5）中，将石英材料装入夹具中进行腐蚀。
进一步地，步骤5）中，所述石英材料在腐蚀过程中与腐蚀原液相对运动，相对运动速率为5-30次/分钟。这里“次”是指单程运动一次。
进一步地，步骤5）中，腐蚀时间为30～60分钟。
进一步地，步骤5）中用去离子水清洗加工后的石英材料并进行干燥。
进一步地，所述的石英材料干燥包括但不限于烘干、甩干或热氮气吹干。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1）所述的腐蚀液包含阳离子表面活性剂，通过其在界面上的吸附作用，可以降低腐蚀液表面张力和固液界面张力，提高腐蚀液在石英材料表面的浸润性，增加对工件表面污物的渗透能力，同时提高化学反应产物的扩散速度，有利于表面的均匀腐蚀加工。所述腐蚀液中的无机酸调节pH值，通过H3O＋离子对石英溶解的催化作用提高腐蚀加工的效率。
2）所述的石英材料腐蚀方法采用低浓度腐蚀液预蚀刻，高浓度腐蚀液腐蚀加工的技术。预蚀刻发挥所述腐蚀液污物渗透能力强的特点，去除石英材料表面的油脂等沾污，同时去除掉磨抛机械加工造成的亚表面损伤层，避免沾污及磨抛加工缺陷在后续的腐蚀加工过程中造成表面疖瘤及凹坑缺陷。腐蚀加工过程利用腐蚀液浸润性高，反应产物扩散速度快的特点，在较高温度和浓度的腐蚀液中进行，提高加工速度，同时减少不均匀腐蚀造成的褶皱、条纹等缺陷。
附图说明
图1为本发明石英材料腐蚀方法基本流程图。
图2是本发明实施例4中石英材料腐蚀过程图。
图3（1）是本发明应用实施例1所述腐蚀液腐蚀加工后的石英摆片表面显微图像。
图3（2）是本发明应用不含阳离子表面活性剂的腐蚀液腐蚀加工后的石英摆片表面显微图像。
具体实施方式
下面结合仪表中石英摆片结构的腐蚀加工对本发明做具体说明。
实施例1
本发明实施例提供了一种石英材料腐蚀液，该腐蚀液由氢氟酸、盐酸、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水混合组成；所述腐蚀液的质量百分比为：氢氟酸占15％，盐酸占40％，十六烷基三甲基溴化铵占6％，去离子水占39％。
实施例2
本发明实施例提供了一种石英材料腐蚀液，该腐蚀液由氢氟酸、盐酸、十六胺醋酸盐和去离子水混合组成；所述腐蚀液的质量百分比为：氢氟酸占10％，盐酸占50％，十六胺醋酸盐占4％，去离子水占24％。
实施例3
本发明实施例提供了一种石英材料腐蚀液，该腐蚀液由氢氟酸、硝酸、氯化三甲基十二烷基铵和去离子水混合组成；所述腐蚀液的质量百分比为：氢氟酸占19％，硝酸占35％，氯化三甲基十二烷基铵占7％，去离子水占51％。
实施例4
本发明石英材料腐蚀方法基本流程图如图1所示。
应用实施例1所述腐蚀液的石英摆片腐蚀加工方法，如图2所示，包括以下步骤：
1)将氢氟酸、盐酸、十六烷基三甲基溴化铵和去离子水按照氢氟酸15％，盐酸40％，十六烷基三甲基溴化铵6％，去离子水39％的质量比配制腐蚀原液，并将原液稀释至20％体积浓度；
2)将待加工的石英摆片投入20％体积浓度的所述腐蚀液中，静置5分钟，进行表面预蚀刻；
3)取出工件，并迅速用去离子水清洗；
4)将所述腐蚀原液加热至45℃，保温并静置；
5)将待加工的石英摆片工件装入夹具投入步骤4）中的腐蚀原液中，腐蚀加工45分钟，工件在腐蚀加工过程中上下摆动（15次/分钟）；
6)将加工后的工件取出，并迅速用去离子水清洗。
7)对清洗后工件进行热氮气吹干。
为了验证本发明腐蚀液的实际效果，本发明还设立了对比例。
对比例中所用腐蚀液不含有阳离子表面活性剂，按照氢氟酸15％，盐酸40％，去离子水45％的质量百分比配制。
对比例的腐蚀加工方法与本实施例完全相同。
腐蚀加工结果见图3（1）、（2），图3（1）、（2）均为在10倍显微镜下拍摄，拍摄区域尺寸为7mm×5mm时的拍摄结果。
应用实施例1所述腐蚀液腐蚀加工后的石英摆片表面显微图像如图3（1）所示，该石英摆片表面光滑、均匀；应用不含阳离子表面活性剂的腐蚀液腐蚀加工后的石英摆片表面显微图像如图3（2）所示，该石英摆片表面有明显的疖瘤、褶皱。
实施例5
应用实施例2所述腐蚀液的石英摆片腐蚀加工方法，包括以下步骤：
1)将氢氟酸、盐酸、十六胺醋酸盐和去离子水按照氢氟酸10％，盐酸50％，十六胺醋酸盐4％，去离子水24％的质量比配制腐蚀原液，并将原液稀释至15％体积浓度；
2)将待加工的石英摆片投入15％体积浓度的腐蚀液中，静置3分钟，进行表面预蚀刻；
3)取出工件，并迅速用去离子水清洗；
4)将所述腐蚀原液加热至50℃，保温并静置；
5)将待加工的石英摆片工件装入夹具投入步骤4）中的腐蚀原液中，进行腐蚀加工30分钟，工件在腐蚀加工过程中上下摆动（30次/分钟）；
6)将加工后的工件取出，并迅速用去离子水清洗。
7)将清洗后工件烘干。
实施例6
应用实施例3所述腐蚀液的石英摆片腐蚀加工方法，包括以下步骤：
1)将氢氟酸、盐酸、氯化三甲基十二烷基铵和去离子水按照氢氟酸19％，硝酸35％，氯化三甲基十二烷基铵7％，去离子水51％的质量比配制腐蚀原液，并稀释至30％体积浓度；
2)将待加工的石英摆片投入30％体积浓度的腐蚀液中，静置2分钟，进行表面预蚀刻；
3)取出工件，并迅速用去离子水清洗；
4)将所述腐蚀原液加热至40℃，保温并静置；
5)将待加工的石英摆片工件装入夹具投入步骤4）中的腐蚀原液中，腐蚀加工60分钟，工件在腐蚀加工过程中上下摆动（5次/分钟）；
6)将加工后的工件取出，并迅速用去离子水清洗。
7)对清洗后工件进行热氮气吹干。

Claims (10)

1.一种石英材料腐蚀液，其特征在于：该腐蚀液包括氢氟酸、无机酸、阳离子表面活性剂和去离子水；所述腐蚀液中氢氟酸、无机酸、阳离子表面活性剂和去离子水的质量比为：10～19：35～50：4～7：24～51。
2.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于：所述腐蚀液的pH小于4。
3.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于：所述无机酸包括盐酸或硝酸。
4.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于：所述阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十六胺醋酸盐、氯化三甲基十二烷基铵。
5.一种石英材料腐蚀方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)按照氢氟酸、无机酸、阳离子表面活性剂和去离子水的质量比为：10～19：35～50：4～7：24～51配制腐蚀原液，并将腐蚀原液稀释为15～30％体积浓度的腐蚀液；
2)将待腐蚀的石英材料投入15～30％体积浓度的腐蚀液中，静置2分钟～5分钟，进行表面预蚀刻；
3)取出表面预蚀刻的石英材料，并清洗；
4)将步骤1）所述腐蚀原液加热至40～50℃，保温并静置；
5)将石英材料投入上述加热后的腐蚀原液中，进行腐蚀。
6.如权利要求5所述的腐蚀方法，其特征在于：步骤5）中，将石英材料装入夹具中进行腐蚀。
7.如权利要求5所述的腐蚀方法，其特征在于：步骤5）中，所述石英材料在腐蚀过程中与腐蚀原液相对运动，相对运动速率为5-30次/分钟。
8.如权利要求5所述的腐蚀方法，其特征在于：步骤5）中，腐蚀时间为30～60分钟。
9.如权利要求5所述的腐蚀方法，其特征在于：步骤5）中用去离子水清洗腐蚀后的石英材料并进行干燥。
10.如权利要求9所述的腐蚀方法，其特征在于：所述的石英材料的干燥包括烘干、甩干或热氮气吹干。
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