CN114751648A - 一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂药水及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂及工艺，蒙砂药水的配方包括：水、氟化氢铵、氟化钾、氟化钠、氟硅酸铵、硫酸铵、硝酸钾、硝酸、柠檬酸、纤维素、离子分散剂。蒙砂工艺如下：(1)配置蒙砂药水；(2)对高铝硅玻璃非加工面进行油墨保护；(3)高铝硅玻璃用氢氟酸浸泡处理，得到待加工的玻璃；(4)将待加工玻璃用机械设备装卡好，设定待加工玻璃运动轨迹；(5)将待加工玻璃浸泡入蒙砂药水中，浸泡处理；(6)浸泡完成后将玻璃取出用中性去离子水清洗干净并烘干即可。本发明得到的高铝硅玻璃不仅具有传统蒙砂的朦胧、防眩效果，在阳光下还能呈现出有如湖面波光粼粼的闪烁效果，美观度更高。
Description
技术领域
本发明涉及C03C15/00技术领域，具体涉及一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂药水及工艺。
背景技术
蒙砂玻璃是通过物理或化学的方法在玻璃表面消除光反射的特殊玻璃，随着经济、技术的发展，在计算机类、通信类、消费类电子产品中的应用越来越广泛。传统蒙砂工艺在处理装饰玻璃或其他玻璃工艺制品时，通过氟化物及其溶液与玻璃表面接触，通过溶液中的氟离子破坏玻璃中二氧化硅结构，从而将玻璃原本平整、光亮的表面变成粗糙、朦胧的效果，实现防眩、散光的效果。传统蒙砂过程是在玻璃表面的微观结构上产生随机大小及位置的小凸点，过程难以控制。而随着蒙砂工艺在电子产品上的应用，特别是在5G产品兴起后，手机后盖因为信号屏蔽的问题，越来越多的使用到玻璃制品，而手机行业非常看重个性化定制的设计，传统蒙砂配方及工艺只能调整颗粒点的大小程度，而不能对及形状及分布规律进行控制。
中国专利CN10439455B公开了一种手机玻璃后盖的腐蚀处理工艺。腐蚀处理的蒙砂膏的制备原料包括氟化铵、氟化氢铵、氟化氢镁、高岭土、草酸、氟硅酸铵、氟硼酸钾、碳酸氢钠。虽然该专利的蒙砂膏效率高，该专利的玻璃后盖在蒙砂工艺过程中一直处于水平状态，蒙砂后图案效果单一，且容易粘附指纹。
本发明的目的在于提供一种针对手机行业常用的高铝硅玻璃，通过对蒙砂药水及工艺的控制，使蚀刻后的玻璃表面形成固定的单斜柱状晶格，且晶格排列在一定范围内呈现固定方向，固定排列的区域范围大小在一定尺寸内可控。使得最终产品不仅具有传统蒙砂的朦胧、防眩效果，且在阳光下还能呈现出有如湖面波光粼粼的闪烁效果。
发明内容
本发明第一个方面提出为了一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂药水，制备原料按重量份计，包括水5-10份、氟化物3.5-10份、氟硅酸盐1-3份、无机酸盐4-10份、无机酸3-5份、有机酸1-2份、纤维素0.1-1份、离子分散剂0.1-1份。
在一种优选的实施方式中，所述氟化物选自氟化氢铵、氟化钠、氟化钾、氟化铵、氟化钙、氟氢化钾中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述氟化物为氟化氢铵、氟化钠和氟化钾，更优选的，所述氟化氢铵、氟化钠和氟化钾的重量之比为(3-6)：(0.5-1)：(0.5-3)。
在一种优选的实施方式中，所述无机酸盐选自硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸钾、磷酸氨中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述无机酸盐为硫酸铵和硝酸钾，更优选的，所述硫酸铵和硝酸钾的重量比为(3-6)：(1-3)。
制备蒙砂高铝玻璃，最常见的方式是采用含有氢氟酸的蒙砂液对玻璃表面进行腐蚀，氢氟酸与玻璃中二氧化硅反应，首先会生成氟化硅，再由氟化硅与金属氧化物进一步生成各种不溶于水的氟硅酸盐，达到蒙砂效果。然而在这个过程中，有毒且有刺激性气味的氟化硅会发生挥发，不仅降低了后续蒙砂过程的效果，还会对工作环境和工作人员带来危害。
但是申请人在实验过程中发现，在制备蒙砂液的过程中，加入氟硅酸盐、氟化钾、硝酸钾等物质，蒙砂液因多种离子的共同存在，可以在高铝玻璃的表面形成氟硅酸钾晶体，达到玻璃表面蚀刻、蒙砂的效果，也避免了整个工艺中氟化硅反应过程的出现，并且本发明中的蒙砂液的制备原料中不含氢氟酸等具有极强腐蚀性的无机酸物质，蒙砂液和蒙砂工艺更加安全环保，对设备管路及循环系统更加友好。
在一种优选的实施方式中，所述氟硅酸盐选自水溶性氟硅酸盐，优选的，选自氟硅酸铵、氟硅酸钠、氟硅酸镁、氟硅酸铝、氟硅酸锌中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述氟硅酸盐为氟硅酸铵。
在一种优选的实施方式中，所述氟硅酸盐和氟化氢铵的重量比为(1.5-2.5)：(5-6)。更优选的，所述氟硅酸盐和氟化氢铵的重量比为2.2:5.8。
在一种优选的实施方式中，所述无机酸选自盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、亚硝酸、高氯酸中的至少一种。更优选的，所述无机酸为硝酸。
在一种优选的实施方式中，所述有机酸选自醋酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、抗坏血酸、草酸中的至少一种。
优选的，所述有机酸为柠檬酸。
高铝硅玻璃与普通玻璃在组成成分上存在差异，高铝硅玻璃中氧化铝和氧化硅的含量高于普通玻璃，因此，高铝硅玻璃的机械强度和化学稳定性要高于普通玻璃，这也造成了高铝硅玻璃的加工较为困难。
申请人发现在配方中加入的无机酸为硝酸，再加入氟硅酸铵和氟化氢铵等含有铵根离子的无机物制备得到的蒙砂液，且氟硅酸铵和氟化氢铵的重量比为(1.5-2.5)：(5-6)时，高铝硅玻璃蚀刻后雾度更高，透过率更低。申请人认为原因在于，蒙砂液中的硝酸会与高铝硅玻璃中的氧化铝发生反应，在高铝硅玻璃表面形成粗糙的腐蚀面，粗糙的表面更易沉积不溶于水的氟硅酸盐。
如果在本申请中加入的无机酸是硫酸，硫酸在与氧化铝反应后生成具有絮凝能力的硫酸铝，絮凝后的沉淀物不仅会对玻璃表面结晶造成负面影响，还会导致蒙砂药水变成浑浊的溶液。如果本申请中加入的无机酸是盐酸，盐酸中带有的卤族元素会影响F-离子的反应，降低氟硅酸盐的生成。
在本申请中，所述纤维素的种类不做具体限定，包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素等，优选的为甲基纤维素。
在一种优选的实施方式中，所述离子分散剂包括磺酸盐类离子分散剂、磷酸盐类离子分散剂、硅酸盐类离子分散剂、聚丙烯酰胺、脂肪酸酯类离子分散剂中的至少一种。更优选的，所述离子分散剂为磺酸盐类离子分散剂。
在一种优选的实施方式中，所述磺酸盐类离子分散剂优选为乙烯基磺酸钠。
申请人在实验过程中发现，加入的甲基纤维素在高铝硅玻璃蒙砂处理的过程中，可以进一步影响玻璃表面晶格的排列方向，让玻璃表面形成波光粼粼的闪烁效果。申请人推测可能的原因是甲基纤维素的存在，可能通过分子结构的影响和分子结构中基团与玻璃表面铝硅酸盐晶体和蒙砂液中硝酸根离子、氟离子、硫酸根离子之间的电子影响，使得铝硅酸盐晶格被侵蚀的方向按照固定方向和速度进行，在玻璃表面形成微米级的单斜柱状晶格结构，各晶格排列方向具有一致性。
本发明第二个方面提出了一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂工艺，包括以下步骤：
(1)配置蒙砂药水；
(2)在高铝硅玻璃的非加工面进行油墨保护处理；
(3)做好保护处理的高铝硅玻璃，用氢氟酸浸泡抛光处理10-30s，得到待加工的玻璃；
(4)将待加工玻璃用机械设备装卡好，设定待加工玻璃运动轨迹；
(5)将待加工玻璃浸泡入蒙砂药水中，启动设备使待加工玻璃在药水中浸泡3-5min；
(6)浸泡完成后将玻璃取出用中性去离子水清洗干净并烘干即可。
在一种优选的实施方式中，所述步骤(3)中氢氟酸的质量分数为2％，所述步骤(3)中氢氟酸浸泡抛光处理的时间为12s。
在一种优选的实施方式中，所述步骤(4)中待加工玻璃的运动轨迹与待加工玻璃表面平行，且在X、Y轴方向上的运动轨迹速度和加速度均相等，工件做近似圆周运动。
申请人在实际试验的过程中发现，在玻璃蚀刻过程中让玻璃进行近似的圆周运动，可以得到晶格定向排列的蚀刻玻璃，并且定向排列的晶格还呈现出类似湖面波浪的效果。申请人推测原因在于蚀刻过程中的圆周运动相比于常规的静置蚀刻，在加工过程中会让晶格的生长和排列方向趋向于圆周运动的相反方向，在玻璃表面产生朝向不同的晶格区，局部单向排列的晶格通过柱状的棱面反射光集中在一个方向，而每个定向排列区域又与相邻的区域排列角度有差异，使得当一个区域为亮区时，周边区域为暗区，一旦光的角度发生轻微变化，亮暗区域也随之变化。从而形成亮暗相间，又犹如波浪滚动的效果。
在一种优选的实施方式中，所述步骤(5)中蒙砂药水的温度为15-25℃。更优选的，所述蒙砂药水的温度为20℃。
在一种优选的实施方式中，所述步骤(5)中待加工玻璃在药水中浸泡3min。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1.本发明制备得到的蒙砂液，通过调整溶液中铵离子、钾离子、钠离子等阳离子与硝酸根离子、氟离子、硫酸根离子的比例关系，控制了氟离子与玻璃中不同成分的反应速度和反应产物，使得侵蚀后的玻璃表面形成单斜柱状晶格结构，并且通过控制蒙砂液中离子的浓度，让侵蚀后的玻璃表面粗糙度增大，表现出更佳的朦胧和防眩效果。
2.本发明在蒙砂剂中加入少量的纤维素，并配合高铝硅玻璃的在蒙砂工艺中的蚀刻运动轨迹，改变局部区域的晶格排列方向，形成在微米级别范围内晶格排列具有并列同向的有序性，又形成局部区域与相邻区域晶格排列的差异性，使得蒙砂玻璃在光照下表现出一个区域为亮区时，周边区域为暗区，并且明暗区会随着光角度变化发生变化的情况，形成明暗相间的蒙砂效果。
3.本发明得到的蒙砂剂为澄清溶液，并且在使用过程中，也不易产生沉淀物和悬浮物，对设备管路及循环系统友好。
4.本发明的蒙砂剂和蒙砂工艺得到的蒙砂玻璃，不仅具有传统蒙砂的朦胧、防眩效果，在阳光下还能呈现出有如湖面波光粼粼的闪烁效果，美观度更高。
附图说明
图1为本申请实施例1制备得到的蒙砂玻璃表面200倍放大效果图。
图2为本申请实施例3制备得到的蒙砂玻璃表面200倍放大效果图。
具体实施方式
实施例1
本实施例第一个方面提出了一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂药水，制备原料按重量份计，包括水8份、氟化物9.1份、氟硅酸铵2.2份、无机酸盐6.5份、硝酸4.5份、柠檬酸1.4份、甲基纤维素0.5份、乙烯基磺酸钠0.3份。
其中氟化物是重量比为5.8：0.8：2.5的氟化氢铵、氟化钠和氟化钾。
无机酸盐是重量比为4.5:2的硫酸铵和硝酸钾。
本实施例第二个方面提出了一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂工艺，包括以下步骤：
(1)按照上述制备原料配制蒙砂药水；
(2)在高铝硅玻璃的非加工面进行油墨保护处理；
(3)做好保护处理的高铝硅玻璃，用质量分数为2％的氢氟酸浸泡抛光处理12s，得到待加工的玻璃；
(4)将待加工玻璃用机械设备装卡好，设定待加工玻璃运动轨迹，运动轨迹与待加工玻璃表面平行，且在X、Y轴方向上的运动轨迹速度和加速度均相等，工件做近似圆周运动；
(5)将待加工玻璃浸泡入20℃的蒙砂药水中，启动设备使待加工玻璃在药水中浸泡3min；
(6)浸泡完成后将玻璃取出用中性去离子水清洗干净并烘干即可。
实施例2-实施例5
实施例2-5的蒙砂药水的配方如下表所示，实施例2-5的蒙砂工艺同实施例1。
| 重量份 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 水 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 氟氢化铵 | 5.2 | 4 | 3.5 | 3.2 |
| 氟化钾 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 氟化钠 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| 氟硅酸铵 | 2.2 | 2.2 | 2.2 | 2.2 |
| 硫酸铵 | 4.5 | 4.5 | 4.5 | 4.5 |
| 硝酸钾 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 硝酸 | 4 | 3.5 | 3.5 | 3 |
| 柠檬酸 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 |
| 甲基纤维素 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 乙烯基磺酸钠 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
性能测试
将实施例制备的蒙砂高铝硅玻璃，进行表面粗糙度、玻璃雾度、光线透过率测试，再以未经过蒙砂工艺的高铝硅玻璃作为对照组。其中表面粗糙度参考国标GB/T 32642-2016进行测量，雾度和光线透过率测试参考国标GB/T 2410-2008进行测量。
测试数据如下表所示：
Claims (10)
1.一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂药水，其特征在于，制备原料按重量份计，包括水5-10份、氟化物3.5-10份、氟硅酸盐1-3份、无机酸盐4-10份、无机酸3-5份、有机酸1-2份、纤维素0.1-1份、离子分散剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的蒙砂药水，其特征在于，所述氟化物选自氟化氢铵、氟化钠、氟化钾、氟化铵、氟化钙、氟氢化钾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的蒙砂药水，其特征在于，所述无机酸选自盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、亚硝酸、高氯酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的蒙砂药水，其特征在于，所述有机酸选自醋酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、抗坏血酸、草酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的蒙砂药水，其特征在于，所述无机酸盐选自硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸钾、磷酸氨中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的蒙砂药水，其特征在于，所述无机酸盐为硫酸铵和硝酸钾，重量比为(3-6)：(1-3)。
7.根据权利要求所述的蒙砂药水，其特征在于，所述氟硅酸盐为水溶性氟硅酸盐。
8.一种高铝硅玻璃蚀刻表面晶格定向排列的蒙砂工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配置权利要求1-7任一项所述的蒙砂药水；
(2)在高铝硅玻璃的非加工面进行油墨保护处理；
(3)做好保护处理的高铝硅玻璃，用氢氟酸浸泡抛光处理10-30s，得到待加工的玻璃；
(4)将待加工玻璃用机械设备装卡好，设定待加工玻璃运动轨迹；
(5)将待加工玻璃浸泡入蒙砂药水中，启动设备使待加工玻璃在药水中浸泡3-5min；
(6)浸泡完成后将玻璃取出用中性去离子水清洗干净并烘干即可。
9.根据权利要求8所述的蒙砂工艺，其特征在于，所述步骤(4)中待加工玻璃的运动轨迹与待加工玻璃表面平行，且在X、Y轴方向上的运动轨迹速度和加速度均相等，工件做近似圆周运动。
10.根据权利要求8所述的蒙砂工艺，其特征在于，所述步骤(5)中蒙砂药水的温度为15-25℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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