JP2006159407A - 超純水中の水酸基による加工方法 - Google Patents
超純水中の水酸基による加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】微量の不可避不純物を除き超純水のみを用い、超純水に誘電損失の可及的小さな周波数の高周波電圧を印加して水プラズマを生成し、水を電離又は解離させてイオン積を増大させ、この水酸基又は水酸基イオンの濃度が増大した超純水中に浸漬した被加工物を、水酸基又は水酸基イオンによる化学的溶出反応若しくは酸化反応によって除去加工若しくは酸化被膜形成加工する。
【選択図】図2
Description
(1)OH-イオンと被加工物の化学的作用による加工であるため、被加工物の特性を損なうことはない。
(2)電解加工等で使用する水溶液と違い超純水中にはH+ 、OH-及びH2Oのみが存在し、金属イオン等の不純物は存在しないので、外部からの不純物の遮断が完全であれば、完全に清浄な雰囲気中での加工が可能である。
(3)超純水のみを使用するため加工コストの大幅な低減も可能である。
(陽)Fe→Fe2++2e 更に Fe2++2Cl-→FeCl2・・(1)
(陰)2Na++2H2O+2e→2NaOH+H2・・・・・・・・・(2)
こうして陰極で発生したFeCl2と陽極で発生したNaOHとが液中で反応して
FeCl2+2NaOH→Fe(OH)2 +2Na++2Cl-・・(3)
となる。こうして式(1)から式(3)を辺々加えると、前反応式は、
Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2・・・・・・・・・・・・・(4)
となる。
NaOH→Na++OH-・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
となる。この過程を考慮すると、式(2)、式(3)は、それぞれ
2H2O+2e→2OH-+H2・・・・・・・・・・・・・・・(6)
FeCl2+2OH-→Fe(OH)2+2Cl-・・・・・・・(7)
となり、式(1)、式(6)、式(7)を辺々加えると、式(4)が同様に導かれる。
pH(H2O)=−log〔H+〕=−logKw1/2
で与えられる。
図2に示すように、陽極側をSi、陰極側を回転電極とした加工装置を用いて実証試験を行った。回転電極を使用する利点としては、電極間に一定な水の流れを作ることで、安定した場での加工ができること、電極間に常に新しい水を供給することで、場を清浄に保つことができることなどが挙げられる。前者については、平板状の両電極が微小なギャップ(1mm以下)で対峙していると、両電極板の表面から発生した気泡がギャップ間に溜まってしまい、安定な場での加工が期待できないからである。この点については、従来の電解加工においても、電解液の流れを作って気泡を除去している。
次に、電流密度を増加させるとともに、Siに作用するOH-の濃度を一様にするために、平行平板電極を用いた加工を試みた。図3にその加工装置の概略を示している。この加工装置は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)製の容器20に満たした超純水21中に、両極ともSi製の平板からなる試料22,22を絶縁体のスペーサ23を介して平行に固定した状態で浸漬し、一方の試料22に電源24から正電圧を印加し、他方の試料22を零電位に維持し、前記容器20の開口部は蓋25で覆った上にガス不透過性の袋26で密閉した構造を有し、その内部をArガスでパージしている。尚、図中27は温度計である。
次に、電流密度を更に増加させる目的で、陰極を針状の電極として加工を試みた。図4は、その加工装置の概略を示す。この加工装置は、密閉容器30内に配した水槽31に超純水32を満たし、保持台33に固定したSi製の平板からなる試料34を超純水32に浸漬するとともに、金線からなる針状電極35を該試料34に垂直に所定のギャップを設けて保持台33に固定して同様に超純水32中に浸漬し、電源36から試料34に正電圧を印加するとともに、針状電極35を零電位に維持し、更に前記密閉容器30をArガスでパージする構造のものである。尚、図中37は温度計である。
前述の実施例1−3の加工装置を使用し、試料としてCu、Mo、Fe、Alの加工を試みた。その加工条件と加工結果を以下の表4に示し、この加工条件ではCu、Moは除去加工、Fe、Alは酸化被膜形成加工であった。
2 回転電極
3 水槽
4 超純水
5 XYステージ
6 サポート部材
7 Zステージ
8 モータ
9 回転軸
10 電源
11 リード線
12 電流計
13 気密チャンバー
20 容器
21 超純水
22 試料(被加工物)
23 スペーサ
24 電源
25 蓋
26 袋
27 温度計
30 密閉容器
31 水槽
32 超純水
33 保持台
34 試料(被加工物)
35 針状電極
36 電源
37 温度計
40 圧力容器
40a 容器本体
40b 蓋体
40c ボルト
40d ガスケット
41 内部反応室
42 超純水
43 容器
44 試料(被加工物)
45 セラミックヒーター
46 断熱材
47 スライダック
48 熱電対
50 容器
51 超純水
52 白金電極板
53 試料(被加工物)
54 陽イオン交換膜
55 気密容器
56 ギャップスペーサー
56a 開口
57 電源
Claims (2)
- 微量の不可避不純物を除き超純水のみを用い、超純水に誘電損失の可及的小さな周波数の高周波電圧を印加して水プラズマを生成し、水を電離又は解離させてイオン積を増大させ、この水酸基又は水酸基イオンの濃度が増大した超純水中に浸漬した被加工物を、水酸基又は水酸基イオンによる化学的溶出反応若しくは酸化反応によって除去加工若しくは酸化被膜形成加工することを特徴とする超純水中の水酸基による加工方法。
- 前記被加工物を陽極とし、又は被加工物の電位を高く維持して、該被加工物の表面に水酸基イオンを引き寄せてなる請求項1記載の超純水中の水酸基による加工方法。
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