CN214004437U - 一种湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，包括装有氢氟酸溶液的反应容器，所述反应容器底部设置有搅拌设备，所述反应容器顶部设置有支架，所述支架的一部分伸入反应容器内部，且该部分末端设置有夹子，每个所述夹子均夹有用于内置石英片的网袋。本实用新型弥补了现在湿法腐蚀剥离石英片不可控的欠缺，并将其用于材料领域石英片加工。

Description

一种湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置

技术领域

本实用新型属于环境材料与化学技术领域，更具体的说，是涉及一种湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置。

背景技术

石英玻璃是二氧化硅单一组分的玻璃，具有耐高温、膨胀系数低、耐射线辐照、耐热震性、化学稳定性、光谱透过范围宽、电绝缘等优越性能，是一种较理想的结构材料，因而被广泛应用于各个领域。然而，石英玻璃作为典型的脆硬材料，具有可加工性差的弊端。因此，石英玻璃的有效加工方法是关系到其应用的重要问题。

现有的石英玻璃加工方法有超声加工、机械加工、激光加工、干法刻蚀和湿法腐蚀等。超声、机械、激光等传统加工方法效率较高，但加工形式单一，加工质量和精度有限，加工误差大，难以突破精度和尺寸上的瓶颈，无法满足复杂微结构的加工要求。干法刻蚀、湿法腐蚀用以加工高精度的石英体。干法刻蚀主要包括等离子刻蚀、反应离子刻蚀，其尺寸控制较好，可得到表面平整的高深宽比结构；但其加工时间长、速率较低(每分钟约几十纳米)，且设备昂贵，加工成本较高，不利于工业推广。湿法腐蚀是一种各向异性腐蚀，它利用腐蚀溶液与被腐蚀材料之间发生化学反应实现腐蚀，其所需设备简单、易于操作、成本低廉，速率相对较快(每分钟的腐蚀速率可达几个微米)，加工成本相对较低。

一般采用氢氟酸作为石英湿法腐蚀的腐蚀剂对石英玻璃元器件进行加工，主要进行化学蚀刻、化学抛光等。研究表明，石英片在氢氟酸中的腐蚀结果会受溶液的浓度、流动性等很多因素影响。现有的湿法腐蚀技术难以控制、效率较低、人工投入大，难以实现批量化的工业生产。设计一种可以控制侵蚀厚度和侵蚀均一性的石英片均匀腐蚀剥离装置，成为我们要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，针对石英片腐蚀剥离的技术现状，提供一种结构设计合理、操作使用方便的湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，弥补了现在湿法腐蚀剥离石英片不可控的欠缺，并将其用于材料领域石英片加工。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，由装置本体构成，所述装置本体包括装有氢氟酸溶液的反应容器，所述反应容器底部设置有搅拌设备，所述反应容器顶部设置有支架，所述支架的一部分伸入反应容器内部，且该部分末端设置有夹子，每个所述夹子均夹有用于内置石英片的网袋。

所述反应容器采用聚四氟乙烯材质的塑料器皿。

所述支架采用聚四氟乙烯材质的塑料支架，所述支架包括横向支撑杆和纵向连接杆，所述纵向连接杆等间距地垂直设置于横向支撑杆侧面，且每个纵向连接杆均延伸至反应容器中。

所述支架并非固定在设备上的、独立的、设备配套的个体，根据所需反应容器大小及所需腐蚀石英片的大小和数量，合理设置腐蚀石英片组数并设计相应支架。

所述夹子采用聚四氟乙烯材质的塑料夹子。

所述网袋采用耐氢氟酸的尼龙袋，网袋的目数为150-300目。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本实用新型装置通过控制腐蚀剂浓度和蚀刻时间，得到不同厚度的石英片，实现了石英片厚度的量化控制。

(2)与传统湿法腐蚀装置相比，本实用新型装置通过反应容器中搅拌设备的连续搅拌，增强了腐蚀液的流动性，湿法腐蚀剥离得到的石英片是均匀蚀刻的。随着腐蚀剂浓度增大和蚀刻时间的增长，石英片表面粗糙度变化不大，但均一性显著增加，提高了产品质量。

(3)本实用新型装置使用氢氟酸作为腐蚀剂，通过反应容器中的支架、夹子和网，固定石英片，便于腐蚀剂与石英片进行充分接触，进行全面有效的腐蚀；同时，本装置可加快腐蚀过程，缩短腐蚀时间，减少时间成本，过程要求的条件容易控制，操作简便，易于工业化生产。

附图说明

图1是本实用新型装置示意图；

图2是本实用新型装置布置俯视示意图；

图3是实施例湿法均匀腐蚀剥离前后石英片的AFM图。

附图标记：1 反应容器，2 支架，3 夹子，4 石英片，5 网袋，6 搅拌设备。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1和图2所示，本实用新型湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，由装置本体构成，所述装置本体包括装有氢氟酸溶液的反应容器1，所述反应容器1底部设置有搅拌设备6，所述反应容器1顶部设置有支架2，所述支架2的一部分伸入反应容器1内部，且该部分末端设置有夹子3，每个所述夹子3均夹有网袋5，每个网袋5内均内置有待进行湿法腐蚀的石英片4。

其中，所述支架2的材质采用耐氢氟酸材料，采用聚四氟乙烯材质的塑料支架，如聚四氟乙烯支架。所述支架2包括横向支撑杆和纵向连接杆，所述纵向连接杆等间距地垂直设置于横向支撑杆侧面，且每个纵向连接杆均延伸至反应容器1中。所述支架2并非固定在设备上的、独立的、设备配套的个体，根据所需反应容器1大小及所需腐蚀石英片4的大小和数量，合理设置腐蚀石英片4组数并设计相应支架2。比如，石英片4需要三组，网袋5应为三个，夹子3和支架2的纵向连接杆均设置为三个。

其中，所述反应容器1采用耐氢氟酸材料，采用聚四氟乙烯材质的塑料器皿，如聚四氟乙烯烧杯。所述夹子3采用耐氢氟酸材料，采用聚四氟乙烯材质的塑料夹子。所述网袋5采用耐氢氟酸的尼龙袋，网袋5的目数为150-300目，既保证石英片4不掉落，又保证石英片4与氢氟酸溶液充分接触。

基于上述装置的湿法均匀腐蚀剥离石英片的方法，具体包括以下步骤：

第一步：石英片在腐蚀剥离之前具有光滑的表面，将石英片在清洗剂中浸泡15-45min，超声处理15-60min，去除金属和有机杂质；

第二步：用去离子水彻底清洗石英片，在8-12mol^-1L HCL中浸泡6-24h；

第三步：再次用去离子水洗涤石英片，锡纸包裹后在马弗炉中550℃下焙烧12h，去除残留物和杂质；

第四步：使用不同浓度的氢氟酸溶液在石英片表面刻蚀不同时间，以制备不同厚度和不同表面均一性的石英片样品。其中，氢氟酸溶液体积百分比为8％-40％，蚀刻持续时间为0-48h。氢氟酸腐蚀剥离过程在室温下进行。在腐蚀剥离过程中，连续使用搅拌设备6，可采用磁力搅拌器搅拌(也可使用机械搅拌)，以保持均匀蚀刻的条件，搅拌速度在50-250r/min；

第五步：蚀刻后，用去离子水彻底冲洗改性石英片，直至清洗水的pH达到6.5-7.5；

第六步：将清洗的石英片在烘箱或真空干燥箱中50℃下干燥12h。

本实用新型的湿法均匀腐蚀剥离石英片装置用于工业应用或科学研究，对改善石英玻璃元器件的质量、拓展应用领域具有重要意义。

实施例1：湿法均匀腐蚀剥离石英片

一种湿法均匀腐蚀剥离的石英片的方法，具体步骤如下：

1.石英片的预处理：选取石英片尺寸为10mm×10mm，厚度为1.60mm。将石英片在2％Extran^TM实验室清洗剂中浸泡30min，超声处理15min，去除金属和有机杂质。

2.石英片的酸洗：用去离子水彻底清洗石英片，在12mol^-1LHCl中浸泡12h。

3.去除石英片残留物：再次用去离子水洗涤石英片，锡纸包裹后在马弗炉中550℃下焙烧12h，去除残留物和杂质。

4.氢氟酸腐蚀剥离：氢氟酸腐蚀剥离过程在室温下进行。配制体积百分比为8％的氢氟酸溶液；将待腐蚀的石英片放入网中并用设于支架末端的夹子夹住；在反应容器中放置支架及上述固定于支架末端的待腐蚀石英片；向反应容器中加入占反应容器体积3/4的腐蚀溶液；开启搅拌设备，连续搅拌直至石英片蚀刻时间达30min。搅拌设备为磁力搅拌器，搅拌速度在100r/min。其中，磁力搅拌器型号为：IKA Color Squid。

5.冲洗：蚀刻后，用去离子水彻底冲洗改性石英片，直至漂洗水的pH达到6.5-7.5。

6.烘干：将清洗的石英片在烘箱中50℃下干燥12h。

湿法腐蚀剥离前石英片的二维AFM图如图3(a)所示，湿法腐蚀剥离后石英片的二维AFM图如图3(b)所示。

对比图3(a)与图3(b)，改性前石英片的均方根粗糙度为0.0104μm，改性后石英片的均方根粗糙度为0.0092μm。改性前后石英片的粗糙度变化不大，但粗糙表面变得更加均匀，腐蚀的均一性有了明显的变化。同时，氢氟酸对石英片有明显的溶解效果，改性后石英片的厚度约为1.05mm，石英片厚度减少了约0.55mm，这实现了对石英片厚度的量化控制。

尽管上面结合附图对本实用新型的功能及工作过程进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.一种湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，由装置本体构成，其特征在于，所述装置本体包括装有氢氟酸溶液的反应容器(1)，所述反应容器(1)底部设置有搅拌设备(6)，所述反应容器(1)顶部设置有支架(2)，所述支架(2)的一部分伸入反应容器(1)内部，且该部分末端设置有夹子(3)，每个所述夹子(3)均夹有用于内置石英片(4)的网袋(5)。

2.根据权利要求1所述的湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，其特征在于，所述反应容器(1)采用聚四氟乙烯材质的塑料器皿。

3.根据权利要求1所述的湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，其特征在于，所述支架(2)采用聚四氟乙烯材质的塑料支架，所述支架(2)包括横向支撑杆和纵向连接杆，所述纵向连接杆等间距地垂直设置于横向支撑杆侧面，且每个纵向连接杆均延伸至反应容器(1)中。

4.根据权利要求1所述的湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，其特征在于，所述夹子(3)采用聚四氟乙烯材质的塑料夹子。

5.根据权利要求1所述的湿法均匀腐蚀剥离石英片的装置，其特征在于，所述网袋(5)采用耐氢氟酸的尼龙袋，网袋(5)的目数为150-300目。

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