CN104109908B - 蓝宝石玻璃蚀刻液及蓝宝石玻璃蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蓝宝石玻璃蚀刻液，所述蓝宝石玻璃蚀刻液由按以下重量百分含量计的成分组成：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％。一种蓝宝石玻璃蚀刻方法，包括：按以下重量百分含量计的成分：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％制备蓝宝石玻璃蚀刻液；采用所述蓝宝石玻璃蚀刻液蚀刻蓝宝石玻璃。本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻液的配比合理。本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻方法的安全性高，生产可控性高，采用该蓝宝石玻璃蚀刻液蚀刻的蓝宝石玻璃的品质优良，均匀性好，良率高，避免采用物理加工方法蚀刻蓝宝石玻璃所带来的弊端。
Description
技术领域
本发明属于蓝宝石玻璃蚀刻领域，具体涉及一种蓝宝石玻璃蚀刻液及蓝宝石玻璃蚀刻方法。
背景技术
蓝宝石是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝(Al2O3)。蓝宝石玻璃(SAPPHIRE CRYSTAL)一般是指人工合成的蓝宝石，与人们平常理解的珠宝——天然蓝宝石有着很大的区别。
蓝宝石玻璃有以下特点：硬度为9，较普通玻璃硬度更高；可以通过添加各种化学元素，生成各种颜色；蓝宝石玻璃有很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，耐高温，导热好，透红外，化学稳定性好。
蓝宝石玻璃以上特点决定了其非常适合用于高端产品，比如用于制作高档手表的表镜，用于高档智能手机的盖板玻璃及后盖。传统的蓝宝石加工工艺是通过物理研磨抛光，但由于蓝宝石硬度高且脆性大，对其进行机械加工非常困难，而将蓝宝石玻璃加工成符合高档手表及高档智能手机要求的镜面加工工艺则更加困难。目前，蓝宝石玻璃加工行业面临主要问题如下：加工过程中出现崩边崩角，不良率5～8％；蓝宝石研磨抛光后出现表面刮伤；因良率低且难以返工，导致蓝宝石玻璃成品价格居高不下。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于蓝宝石玻璃化学蚀刻的蓝宝石玻璃蚀刻液，避免采用物理加工方法蚀刻蓝宝石玻璃所带来的弊端。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述蓝宝石玻璃蚀刻液蚀刻蓝宝石玻璃的方法，避免采用物理加工方法蚀刻蓝宝石玻璃所带来的弊端。
为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：
一种蓝宝石玻璃蚀刻液，所述蓝宝石玻璃蚀刻液由按以下重量百分含量计的成分组成：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％。
以及，一种蓝宝石玻璃蚀刻方法，包括：按以下重量百分含量计的成分：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％制备蓝宝石玻璃蚀刻液；采用所述蓝宝石玻璃蚀刻液蚀刻蓝宝石玻璃。
上述实施例的蓝宝石玻璃蚀刻液的配比合理，采用该蓝宝石玻璃蚀刻液蚀刻的蓝宝石玻璃的品质优良，均匀性好，良率高。
上述实施例的蓝宝石玻璃蚀刻方法采用的蓝宝石玻璃蚀刻液配比合理，该蚀刻方法的安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种蓝宝石玻璃蚀刻液。该蓝宝石玻璃蚀刻液由按以下重量百分含量计的成分组成：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％。
在该配方组成下，如盐酸的重量百分含量小于20％，则生产效率较低；如盐酸的重量百分含量大于30％，则会增加生产控制难度，容易产出不良品。因此，上述配比较为合理，既能保证一定的生产效率，又可做到精确控制反应速率，用该蓝宝石玻璃蚀刻液生产的产品品质较高。
本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻液的配方中的盐酸用于与蓝宝石玻璃的主要成分氧化铝、氧化铁、氧化钛反应。如果将盐酸替换为硫酸或者硝酸，则会有如下的危害：硫酸有较强的吸水性，会导致反应速率不可控性增加；硝酸浓度较高，反应速度较快，会增加生产控制难度。因此，采用硫酸和硝酸与蓝宝石盖板的反应速率可控性差，会影响产品品质，所以优选盐酸作为该蓝宝石玻璃蚀刻液的配方。氯化钠保证氯离子的浓度，磷酸保证氢离子浓度，并保证反应速度。氯化钠虽然也可用其他金属氯化物代替，但相应会带来成本的增加，因此该蓝宝石玻璃蚀刻液优选为氯化钠。醋酸保证蚀刻液的电离平衡，同时提供氢离子。
本发明所涉及到的化学反应方程式如下：
NaCl→Na++Cl-，氯化钠电离保证氯离子浓度。H3PO4→3H++PO4 3-，磷酸电离保证氢离子浓度。CH3COOH→CH3COO-+H+，醋酸也通过电离提供氢离子。
蓝宝石玻璃中的氧化铝、氧化铁、氧化钛分别与盐酸反应：Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2O和TiO2+4HCl＝TiCl4+2H2O。
由于在水溶液中，AlCl3、FeCl3和TiCl4均易发生如下的水解反应：
水解产生的AlO2 -、Fe(OH)3和TiO2·xH2O等易附着在蓝宝石玻璃表面，阻止盐酸和蓝宝石玻璃的进一步反应。因此，通过加入氯化钠、磷酸和醋酸分别保证氯离子浓度和氢离子浓度，使AlCl3、FeCl3和TiCl4的水解反应更倾向于逆向进行，从而避免水解产生的AlO2 -、Fe(OH)3和TiO2·xH2O等附着在蓝宝石玻璃表面，影响反应的速率。
优选的，盐酸中HCl的质量百分含量为15～50％，磷酸中H3PO4的质量百分含量为15～50％，醋酸中CH3COOH的质量百分含量为30～98％。
该蓝宝石玻璃蚀刻液的配置方法如下：先在配液槽中加入纯水，然后加入氯化钠、盐酸和磷酸，最后加入醋酸，混合并搅拌均匀，制备得到蓝宝石玻璃蚀刻液。配液环境要求恒温，温度为22～28℃，湿度为50％。醋酸需要最后加入，可以防止醋酸过度水解，影响H+的浓度。
如图1所示，为本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻方法的流程图。本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻方法包括：
步骤S01：制备蓝宝石玻璃蚀刻液。
按以下重量百分含量计的成分：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％称取原料，混合并搅拌均匀，制备得到蓝宝石玻璃蚀刻液。优选的，盐酸中HCl的质量百分含量为15～50％，磷酸中H3PO4的质量百分含量为15～50％，醋酸中CH3COOH的质量百分含量为30～98％。
步骤S02：采用蓝宝石玻璃蚀刻液蚀刻蓝宝石玻璃。蚀刻时间可根据蓝宝石玻璃蚀刻液的浓度、蚀刻的温度以及蚀刻量选择。
本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻方法采用的蓝宝石玻璃蚀刻液配比合理，安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。
优选的，在蚀刻蓝宝石玻璃之前，可以使用抗酸膜或抗酸可剥胶保护玻璃无需蚀刻的部位。本申请并不以此为限，也可以采用其他试剂保护蓝宝石玻璃无需蚀刻的部位。如果蓝宝石玻璃的全部部位都需要蚀刻，则无需采用这一步骤。
优选的，蓝宝石玻璃蚀刻的设备为蚀刻槽，将蓝宝石玻璃蚀刻液注入蚀刻槽内蚀刻蓝宝石玻璃。该蚀刻槽具有如下特点：采用蚀刻液在全封闭的条件下浸泡蚀刻槽，槽内压力为负压，使得生产安装更有保障，也避免蚀刻槽内药液挥发的气体外溢；槽体重要部件，如内槽均使用铁芙蓉制作，其他次要部件，采用耐酸碱有机塑料制作；蚀刻槽设置有循环供液装置，定时注入新蓝宝石玻璃蚀刻液，保证蓝宝石玻璃蚀刻液的浓度，使得槽内药液的浓度和高度均可控，生产稳定性更高；同时，在循环装置中设置过滤器，过滤蚀刻过程中产生的氯化铝、氯化铁、氯化钛结晶体，避免结晶体附着在蓝宝石玻璃产品表面，影响生产；蚀刻槽内设置有恒温控制装置，用以控制蚀刻槽内的温差及蚀刻液的温度。本申请并不以此为限，也可以采用其他适合的蚀刻设备进行蓝宝石玻璃蚀刻。
优选的，蓝宝石玻璃蚀刻的过程中，蓝宝石玻璃蚀刻液的温度为20℃～60℃，蚀刻槽内的温差(即蚀刻槽内各处的蚀刻液的温差)控制在5％以内。如果温度低于20℃，则该蓝宝石玻璃蚀刻过程的生产效率较低；如温度高于60℃，则该蓝宝石玻璃蚀刻过程的蚀刻速率加快，增加了生产控制难度，容易产出不良品。蚀刻槽内的温差控制在5％以内，可以保证蚀刻更为均匀，蚀刻的蓝宝石玻璃的品质较好。如果该蚀刻槽内的温差过大，则会造成蚀刻不均，产生不良品。
优选的，蚀刻蓝宝石玻璃的蚀刻速率为0.01～0.015mm/min。如果蚀刻速率小于0.01mm/min，则会降低生产效率；如果蚀刻速率高于0.015mm/min，则会增加生产可控性难度，容易生产出不良品。因此，该蚀刻速率既兼顾了生产效率，又能保证生产可控性和产品品质。
以下通过多个实施例来举例说明上述蓝宝石玻璃蚀刻液及蓝宝石玻璃蚀刻方法。
实施例1
按以下重量百分含量计的成分：HCl质量分数为15％的盐酸20％、H3PO4质量分数为15％的磷酸10％、CH3COOH质量分数为30％的醋酸5％、氯化钠2％、纯水63％称取原料，混合并搅拌均匀，制备得到蓝宝石玻璃蚀刻液。使用抗强酸膜或抗强酸可剥胶保护蓝宝石玻璃无需蚀刻的部位。将蓝宝石玻璃蚀刻液注入蚀刻槽中，然后将待蚀刻的蓝宝石玻璃投入蚀刻槽中蚀刻。蚀刻过程中，保持蓝宝石玻璃蚀刻液的温度为45±3℃，蚀刻槽内温差控制在5％以内。采用0.01mm/min的蚀刻速率蚀刻蓝宝石玻璃。实施例1的蚀刻液以0.01mm/min的蚀刻速率蚀刻蓝宝石玻璃，既能保证生产效率，又能保证蚀刻精度和生产可控性。实施例1的蚀刻时间为3～7min，蚀刻量为0.03～0.07mm。优选的，蚀刻时间设置为5min，蚀刻量为0.05mm。
常规的蓝宝石盖板蚀刻，将待蚀刻的原片放入篮具中，再将篮具放入蚀刻槽中。篮具大小和蚀刻槽可以在保证蚀刻槽内药液浓度均匀性的情况下，根据实际产能进行设计。常用的最小篮具可以放置60片蓝宝石玻璃，大批量生产所设计的篮具最多可以放置1400～1600片蓝宝石玻璃。现有技术中，蓝宝石玻璃切割后，尺寸公差一般为0.005mm。
实施例1蚀刻后的蓝宝石玻璃无崩边崩角，长宽方向各自的尺寸公差＜0.0001mm，蚀刻良率＞98％。现有技术采用抛光、平磨工艺加工蓝宝石玻璃，良率一般＜70％。因此，实施例1的配方配比合理，制备方法的安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。该配方的蓝宝石玻璃蚀刻液的蚀刻速率适合蓝宝石玻璃的边缘处理及微处理。
实施例2
按以下重量百分含量计的成分：HCl质量分数为50％的盐酸30％、H3PO4质量分数为50％的磷酸15％、CH3COOH质量分数为98％的醋酸10％、氯化钠2％、纯水43％称取原料，混合并搅拌均匀，制备得到蓝宝石玻璃蚀刻液。使用抗强酸膜或抗强酸可剥胶保护蓝宝石玻璃无需蚀刻的部位。将蓝宝石玻璃蚀刻液注入蚀刻槽中，然后将待蚀刻的蓝宝石玻璃投入蚀刻槽中蚀刻。蚀刻过程中，保持蓝宝石玻璃蚀刻液的温度为45±3℃，蚀刻槽内温差控制在5％以内。采用0.015mm/min的蚀刻速率蚀刻蓝宝石玻璃。实施例2的蚀刻时间为3～7min，蚀刻量为0.03～0.07mm。优选的，蚀刻时间设置为5min，蚀刻量为0.05mm。
实施例2蚀刻后的蓝宝石玻璃无崩边崩角，长宽方向各自的尺寸公差＜0.0001mm，蚀刻良率＞98％。采用抛光、平磨工艺加工蓝宝石玻璃，良率一般＜70％。因此，实施例2的配方配比合理，制备方法的安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。该配方的蓝宝石蚀刻液的蚀刻速率适合蓝宝石玻璃的边缘处理及减薄加工。
实施例3
按以下重量百分含量计的成分：HCl质量分数为37％的盐酸25％、H3PO4质量分数为35％的磷酸12％、CH3COOH质量分数为50％的醋酸8％、氯化钠3％、纯水52％称取原料，混合并搅拌均匀，制备得到蓝宝石玻璃蚀刻液。使用抗强酸膜或抗强酸可剥胶保护蓝宝石玻璃无需蚀刻的部位。将蓝宝石玻璃蚀刻液注入蚀刻槽中，然后将待蚀刻的蓝宝石玻璃投入蚀刻槽中蚀刻。蚀刻过程中，保持蓝宝石玻璃蚀刻液的温度为45±3℃，蚀刻槽内温差控制在5％以内。采用0.012mm/min的蚀刻速率蚀刻蓝宝石玻璃。蚀刻时间为3～7min，蚀刻量为0.03～0.07mm。优选的，蚀刻时间设置为4min，蚀刻量为0.05mm。
实施例3蚀刻后的蓝宝石玻璃无崩边崩角，长宽方向各自的尺寸公差＜0.0001mm，蚀刻良率＞98％。而采用抛光、平磨工艺加工蓝宝石玻璃，良率一般＜70％。实施例3的配方配比合理，制备方法的安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。该配方的蓝宝石蚀刻液的蚀刻速率适合蓝宝石玻璃的边缘处理及减薄加工。
实施例4
按以下重量百分含量计的成分：HCl质量分数为20％的盐酸30％、H3PO4质量分数为18％的磷酸15％、CH3COOH质量分数为40％的醋酸10％、氯化钠5％、纯水40％称取原料，混合并搅拌均匀，制备得到蓝宝石玻璃蚀刻液。使用抗强酸膜或抗强酸可剥胶保护蓝宝石玻璃无需蚀刻的部位。将蓝宝石玻璃蚀刻液注入蚀刻槽中，然后将待蚀刻的蓝宝石玻璃投入蚀刻槽中蚀刻。蚀刻过程中，保持蓝宝石玻璃蚀刻液的温度为20℃，蚀刻槽内温差控制在5％以内。采用0.012mm/min的蚀刻速率蚀刻蓝宝石玻璃。蚀刻时间为3～7min，蚀刻量为0.03～0.07mm。优选的，蚀刻时间设置为4min，蚀刻量为0.05mm。
实施例4蚀刻后的蓝宝石玻璃无崩边崩角，长宽方向各自的尺寸公差＜0.0001mm，蚀刻良率＞98％。而采用抛光、平磨工艺加工蓝宝石玻璃，良率一般＜70％。实施例4的配方配比合理，制备方法的安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。该配方的蓝宝石蚀刻液的蚀刻速率适合蓝宝石玻璃的边缘处理及减薄加工。
实施例5
按以下重量百分含量计的成分：HCl质量分数为40％的盐酸28％、H3PO4质量分数为30％的磷酸12％、CH3COOH质量分数为80％的醋酸6％、氯化钠4％、纯水50％称取原料，混合并搅拌均匀，制备得到蓝宝石玻璃蚀刻液。使用抗强酸膜或抗强酸可剥胶保护蓝宝石玻璃无需蚀刻的部位。将蓝宝石玻璃蚀刻液注入蚀刻槽中，然后将待蚀刻的蓝宝石玻璃投入蚀刻槽中蚀刻。蚀刻过程中，保持蓝宝石玻璃蚀刻液的温度为60℃，蚀刻槽内温差控制在5％以内。采用0.012mm/min的蚀刻速率蚀刻蓝宝石玻璃。蚀刻时间为3～7min，蚀刻量为0.03～0.07mm。优选的，蚀刻时间设置为4min，蚀刻量为0.05mm。
实施例5蚀刻后的蓝宝石玻璃无崩边崩角，长宽方向各自的尺寸公差＜0.0001mm，蚀刻良率＞98％。而采用抛光、平磨工艺加工蓝宝石玻璃，良率一般＜70％。实施例5的配方配比合理，制备方法的安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。该配方的蓝宝石蚀刻液的蚀刻速率适合蓝宝石玻璃的边缘处理及减薄加工。
综上所述，本发明实施例的蓝宝石玻璃蚀刻液和蓝宝石玻璃蚀刻方法适合蓝宝石玻璃的减薄加工、蓝宝石玻璃边缘处理、蓝宝石玻璃的打孔、挖槽加工，解决了蓝宝石玻璃物理加工的崩边崩角、刮伤等关键问题。该蓝宝石玻璃蚀刻液的配方的配比合理。该蓝宝石玻璃蚀刻方法的安全性高，生产可控性高，制备的产品的品质优良，均匀性好，良率高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种蓝宝石玻璃蚀刻液，其特征在于，所述蓝宝石玻璃蚀刻液由按以下重量百分含量计的成分组成：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％；所述盐酸中HCl的质量百分含量为15～50％，所述磷酸中H3PO4的质量百分含量为15～50％，所述醋酸中CH3COOH的质量百分含量为30～98％。
2.如权利要求1所述的蓝宝石玻璃蚀刻液，其特征在于，所述蓝宝石玻璃蚀刻液由按以下重量百分含量计的成分组成：
盐酸20％、磷酸10％、醋酸5％、氯化钠2％、纯水63％；或者，
盐酸30％、磷酸15％、醋酸10％、氯化钠2％、纯水43％；或者，
盐酸25％、磷酸12％、醋酸8％、氯化钠3％、纯水52％；或者，
盐酸30％、磷酸15％、醋酸10％、氯化钠5％、纯水40％；或者，
盐酸28％、磷酸12％、醋酸6％、氯化钠4％、纯水50％。
3.一种蓝宝石玻璃蚀刻方法，其特征在于，包括：
按以下重量百分含量计的成分：盐酸20～30％、磷酸10～15％、醋酸5～10％、氯化钠2～5％和纯水40～63％制备蓝宝石玻璃蚀刻液；
采用所述蓝宝石玻璃蚀刻液蚀刻蓝宝石玻璃；所述盐酸中HCl的质量百分含量为15～50％，所述磷酸中H3PO4的质量百分含量为15～50％，所述醋酸中CH3COOH的质量百分含量为30～98％。
4.如权利要求3所述的蓝宝石玻璃蚀刻方法，其特征在于，所述蓝宝石玻璃蚀刻液由按以下重量百分含量计的成分组成：
盐酸20％、磷酸10％、醋酸5％、氯化钠2％、纯水63％；或者，
盐酸30％、磷酸15％、醋酸10％、氯化钠2％、纯水43％；或者，
盐酸25％、磷酸12％、醋酸8％、氯化钠3％、纯水52％；或者，
盐酸30％、磷酸15％、醋酸10％、氯化钠5％、纯水40％；或者，
盐酸28％、磷酸12％、醋酸6％、氯化钠4％、纯水50％。
5.如权利要求3～4任一项所述的蓝宝石玻璃蚀刻方法，其特征在于：所述蚀刻蓝宝石玻璃的过程中，所述蓝宝石玻璃蚀刻液的温度为20℃～60℃。
6.如权利要求5所述的蓝宝石玻璃蚀刻方法，其特征在于：所述蓝宝石玻璃在蚀刻槽内蚀刻，所述蚀刻槽内的温差在5％以内。
7.如权利要求6所述的蓝宝石玻璃蚀刻方法，其特征在于：所述蚀刻槽内的气压为负气压。
8.如权利要求3～4任一项所述的蓝宝石玻璃蚀刻方法，其特征在于：所述蚀刻蓝宝石玻璃的蚀刻速率为0.01～0.015mm/min。
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